最后，数十名汉军将士因争功而死，项羽的尸身亦被斩为五段，已经难辨本来面目，其中骑将王翳争到了项羽头颅，而郎中骑将杨喜、骑司马吕马童、郎中吕胜、郎中杨武各争得一段肢体。
灌婴命五人将项羽的尸身拼凑起来，这才勉强辨别出死者正是项羽，灌婴长吁了一口气，命五人将尸体妥当收敛，然后整顿兵马返回向刘邦汇报。
项羽突围之后，垓下楚军既无士气又群龙无首，此时已经被歼灭。刘邦得知项羽已死，这才心中大定，当场便对获得项羽尸身的五人予以册封，其中吕马童为中水侯、王翳为杜衍侯、杨喜为赤泉侯、杨武为吴防侯、吕胜为涅阳侯。
之后，刘邦命人将项羽死讯通告西楚各地，得知消息的西楚各地纷纷投降，只有当初作为项羽食邑的鲁县拒不投降。刘邦有感于他们恪守礼义，为君主守节不惜一死的大义，命人拿着项羽的头颅给鲁城军民观看，又答应必然厚葬项羽，鲁地父老这才投降。
刘邦与项羽虽为对手，却也对其无比钦佩，因楚怀王曾封其为鲁公，而鲁城又是最后才投降的，刘邦于是亲自为其发丧，以鲁公的礼仪将其安葬在了谷城，并建祠堂以祭祀。
与此同时，在项羽死后，陈婴、吕臣、吕青等楚国旧臣和项伯、项佗等项氏宗族旁支也纷纷投降，刘邦为安抚楚地百姓，全部予以赦免，后来也均予以封侯，并将项氏族人全部赐予刘姓。
平定楚地之后，刘邦率领大军西撤至定陶休整，待各部安营扎寨完毕，刘邦却突然驱马驰入齐王韩信的军营，夺了他的兵权，这显然是因为此前韩信拒不奉命出兵的缘故。如果说修武夺兵还有点偷袭的意味，这次定陶夺兵则是完全当着韩信的面所为，韩信纵然心有不甘，却也无力反抗，只能交出兵权。
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