在楚汉战争中，韩信发挥了卓越的军事才能。汉二年(前205),刘邦兵败彭城(今江苏徐州)后，他迅速派兵与刘邦残部会合荥阳，阻挡了项羽的攻势。刘邦与项羽相持于荥阳时，韩信则率兵在项羽的侧翼发动了一系列攻势。他在击魏时，先以疑兵佯渡临晋，主力却出其不意地奔袭安邑,于是俘虏魏王豹,平定河东郡。随即又进击代、赵。汉三年十月，韩信在破代后，率兵东下井陉击赵。当时赵王聚兵井陉口，号称二十万，在数量上居于绝对优势。韩信一面以轻骑两千人伺机偷袭赵营，同时以主力万人背水为阵，诱使赵兵倾巢出击。随后汉军两面夹攻，获得全胜,赵王歇被虏获。之后,他又北上降服了燕国。汉四年，韩信拜为相国,率兵击齐，攻下临淄，并在潍水全歼龙且率领援齐的二十万楚军。于是,刘邦遣张良立信为齐王。次年十月，又命韩信会师垓下,围歼楚军，迫使项羽自刎。

楚汉战争结束后，韩信被解除兵权，徙为楚王。韩信就国后,经常陈兵出入,被人告发谋反。高帝六年(前201)，刘邦采纳陈平的建议，伪游云梦，伺机逮捕韩信，带至洛阳，赦为淮阴侯。十年，代相陈豨谋反，刘邦亲自率兵平叛。韩信原与豨暗通声气，次年又部署家臣诈诏赦诸官徒奴，企图袭击吕后和太子，结果为人告发。吕后与相国萧何合谋，伪称高帝班师回朝，将韩信骗入长乐宫中，斩于钟室，夷其三族。