项王乃西从萧，晨击汉军而东，至彭城，日中，大破汉军。汉军皆走，相随入谷、泗水，杀汉卒十馀万人。汉卒皆南走山，楚又追击至灵壁东睢水上。
——《史记·项羽本纪》
项羽率领的三万骑兵作为楚军主力精锐，战斗力自然不成问题，但项羽也没有傻到用这三万骑兵直接去正面冲击刘邦的汉军防线。
在得知刘邦以汉军主力守外围，而以诸侯联军守彭城后，针对刘邦外强内弱、外紧内松的防御策略，项羽制定了绕过外部汉军主力，主攻内部诸侯联军的作战方略。
傍晚，项羽借助夜色的掩护，率领三万骑兵向薛郡的鲁县、瑕丘狂奔，趁着汉军没有反应过来，利用骑兵的机动优势，自汉军主力防线的北端绕过樊哙的防线，然后一路南下，经薛郡南部的胡陵，趁着夜色一路杀至萧县附近，这才让经过一路狂奔的将士们就地休息。
虽然早在春秋末期至战国初期，骑兵就已经开始普及，但一直以来，都没有人将骑兵作为单一兵种来使用，战场上主力仍是车兵和步兵，除了胡服骑射后的赵国边军外，骑兵更多是配合大军团作战的辅助兵种，例如秦赵长平之战，白起便曾利用骑兵的机动性，派遣五千骑兵切断了赵军主力与辎重部队的联系。
正因兵种繁杂，大军团的行进，对于地形的要求十分严格，尤其是车兵和辎重部队，除了道路较为坚硬的官道大路外，其他地形根本无法行进。
正因如此，刘邦及其麾下将领布置防线，皆是沿官道大路驻扎，他们自以为封锁了齐地与彭城的通道，根本没想到项羽竟然放弃了车兵和步兵，纯以骑兵回援，充分利用骑兵的机动优势，穿过汉军的防线空档，迅速杀到了彭城以西。
次日拂晓，诸侯联军的将士们大多还在营中休息，放哨守门的士兵经过一夜煎熬，也早已疲乏不已，不是在偷睡，就是在打盹，然而他们不知道的是，就在一片死寂之中，死神已经已经悄然降临。
一阵急促的马蹄声传来，还不等联军士兵们反应过来，项羽率领的三万骑兵便如风一般杀入了联军营地。面对突然杀到的敌人，睡梦中被惊醒的将士们慌忙走出营帐，被冲击的东倒西歪、到处逃命，大营顿时陷入了一片混乱。
在这种混乱的情况，即便将领有心收拢军队进行抵抗，也根本无济于事，而随着前面大营的溃败，在乱兵的冲击下，都不用楚军的冲击，紧连着的大营便被乱兵给冲乱了。
结果，项羽凭借着仅有的三万军队，很快便让二十余万诸侯联军陷入了混乱之中，大量联军士兵因为互相踩踏而死，被楚军直接杀死者，反而只是少数。
眼见溃败之势已经无法逆转，诸侯联军全都向彭城涌去，试图躲进那高大的城墙。项羽见状，则率领骑兵自后追赶绞杀，面对这些已经毫无抵抗之心，甚至大部分都没有武器的联军将士，这简直就是一面倒的屠杀。
至中午时分，在沿途丢下近十万具尸体的情况下，联军士兵们才上气不接下气的跑到彭城之下。
当刘邦接到项羽率领大军杀了回来，且联军已经溃败的消息时，他一时间也根本搞不清楚情况，既不知道楚军怎么这么快便杀到了彭城，更不知道杀回来的楚军到底有多少。不过，时间并没有给他太多的思考机会，当他登上城墙，看到城外挤成一团、满脸惊恐的联军士兵时，他知道就眼下这种情况，想要组织起有效的抵抗已经不可能了。
于是，刘邦没有片刻的犹豫，立即派人传信给各个诸侯王，要他们收拢败军避免溃败，而他自己则坐上马车，在亲卫的护卫下一路出了彭城西门，准备逃往下邑与吕泽会合，毕竟如今彭城附近，也只有吕泽这一支汉军主力了。同时，刘邦又命人传令给樊哙等汉军主力，要他们收拢兵马迅速赶往下邑会合，至于回援彭城？以眼下情况来看，显然已经没有这个必要了。
然而，刘邦刚率人出了彭城西门不久，迎面便撞上了一支楚军，双方立时战成一团。这支楚军兵马虽然不多，但在他的纠缠之下，刘邦却也无法短时间内脱离战场。
眼见始终无法摆脱楚军，担心其他楚军赶到的刘邦，心中焦急万分，就在此时，刘邦发现率领这支楚军的竟然是个当年与自己相熟的丁固，因此忙对其喊道，“难道你真的要赶尽杀绝吗？两条好汉何必如此互相迫害！”
丁固是薛郡薛县人，乃是“一诺千金”的季布外甥。当初项梁驻军薛县时，丁固投入其麾下。当时，刘邦亦在项梁麾下，两人因而相熟，项梁死后，丁固又归入了项羽麾下。
丁固听到刘邦的喊话，念在当年的情分上，便也不再率人追杀，就此带兵返回，同时告知刘邦，项羽大军正从西面杀来，让他另选他路逃走。
闻听此言，刘邦知道向西逃亡无望，只好掉头向南逃走，准备撤入吕梁山区，利用山区地形阻挡项羽的骑兵，再想办法挽回败局。同时，命王陵率兵北上丰沛，接自己家人南下会合。
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