汉军败退的方向各边都有，但唯东北、西南居多，东北处的汉军被赶进了谷、泗二水中，而西南边的也并没有好到哪里去。
项羽先前分兵去断汉军后路的两万余人一直在尾随追击。同样的情形再一次出现，楚军一路砍杀，明明数倍于人的汉联军却始终没有回头反击，一路上踩死累死的不计其数。
终于在灵璧（今安徽濉溪西）东睢水上汉军被彻底追上拦截住，十几万人的军队过河却找不到船只，许多士兵就地将树木、兵器等能用的全都绑在一起企图度水，却因争先恐后尽数翻入水中。
楚军喊杀声依旧震天响，一个一个的将汉军被劈死在睢水边。跳水，不知谁开的头大家一拥而上。先跳的无一例外被压死在水下，十几万人争先恐后地往水里跳，大多都被压死，更多的是被岸上的楚军用弓箭射死射伤沉入水下。
短短几个时辰十几万大军被全部杀光，楚军的眼睛仍然泛着猩红意犹未尽。再看睢水，汉军尸体堆积如山，硬生生将水流截断。
“汉卒皆南走山，楚又追击至灵璧东睢水上。汉军却，为楚所挤，多杀，汉卒十馀万人皆入睢水，睢水为之不流。”——《史记?项羽本纪》
刘邦在一天之间经历了帝王天庭也经历了阴曹地府，在这转换中直到最终突围刘邦仍觉得这是梦，不是事实。诸侯联军五十六万竟被项羽区区三万楚军左右冲杀屠戮殆尽，甚至大汉开国后每每想起后背仍不觉发凉。
击溃汉军的大部分兵力后项羽收缩兵力集中围攻刘邦，楚军虽然人少但仍然围了刘邦三层。心如死灰的刘邦指挥部将拼死掩护自己突围。
项羽一骑当先在汉军中左冲右突直奔刘邦而来。樊哙哪会让他如愿，带兵用尸体堵住了项羽去路。楚军见汉军虽然顽强但也是强弩之末了，干脆也都冲了上来紧咬着刘邦不放。
这时项羽被汉军拖住不能够靠近刘邦，但并非所有人都是樊哙。楚将丁公领兵来擒刘邦，交战几次刘邦对丁公说：“你我都是非常贤能之人，怎么能够互相往死路上逼呢？”（两贤岂相厄哉）
丁公闻言也就起了私心，道：“我们互不相欠了。”原来刘邦当初攻造反攻打瓮城时特意放了丁公一条性命。现在丁公索性卖个人情与刘邦演了一场双簧，在这种放水情况下刘邦并没有太大压力。
突得战场上飞沙走石，遮天掩日、木折屋掀。楚军阵型被这股风吹得散了许多，刘邦急命人领军从缺口向外突破。
刘邦则借此机会趁乱带着数十骑突围出去逃之夭夭。一路上刘邦都在回顾项羽的强大，他心惊胆颤的坐在马车里不停地发抖。如果没这一阵大风刘邦恐真就交待在项羽手上了。
为确保家人安危刘邦命人到沛县将太公和吕雉救走，不料被楚军冲散，最终太公和吕雉在逃亡途中被抓。项羽得知刘邦家小被抓即刻命人押在军中作为了人质。
丢儿弃女。
另一边刘邦没能够将全部家人救出，半路上遇到了走散的儿子和女儿。刚停下车将儿女拉到车上楚军就追了过来，仓促间继续奔逃。
眼看楚军越来越近，刘邦嫌车马太慢，竟将儿女全部扔下车去（求孝惠、鲁元心理阴影面积），幸好夏侯婴又将他们捡回来。跑了一段路程后刘邦仍然停下车将儿女扔下，夏侯婴则再一次违抗命令捡回孩子。
就这样反复两三次后在夏侯婴劝说：“情况虽然很紧急，但怎么可以把孩子抛弃了？”刘邦终于放弃将孩子扔下车去。
被夏侯婴救下的正是孝惠和鲁元。终于刘邦在亲卫的保护下绕了一大圈最终还是摆脱了追杀。
“楚骑追汉王，汉王急，推堕孝惠、鲁元车下，滕公常往收之。如是者三。曰：‘虽急不可以驱，奈何弃之？’于是遂得脱。”——《史记?项羽本纪》
当时吕后的弟弟（刘邦大舅子）吕泽带兵先败退到了下邑（今安徽砀山），刘邦自知下邑挡不住项羽，内心非常忧虑。这时候张良给了刘邦一个起死回生的建议。
张良说：“如今情况下我们只能谋求和彭越联合，以此拖住项羽才能保一线生机。”刘邦仍然惊魂未定但他却是明白张良的计策一定可行，便着人去办了。
彭城之战中项羽以三万兵力打败了汉军五十六万人马，不得不说项羽是名符其实的战神。
战争一开始楚军就以势不可挡的阵仗攻下了汉军大本营并且紧紧咬住了主帅刘邦这个核心人物，全程追着他跑，刘邦的命还是靠旧交情换来的。另外的一些将领虽有勇力但与项羽比只是九牛一毛，能顶过三回合的都是奇人了。
汉军虽然势大但终究是军心不齐，即使韩信献策攻打彭城来凝聚军心。在彭城攻下后军心仍归涣散。一战过后，各诸侯都看到项羽的强大已不是一般的王侯能比了，所以纷纷投楚背汉。
塞王、翟王叛汉归楚，魏王豹向刘邦告假回家看望生病的父亲，结果回去后就封锁了刘邦的退路。赵国陈馀则积极地与项羽讲和，也脱离刘邦的控制。就这样，刘邦的联军被项羽用强有力的军事手段摧毁了。
虽然项羽以完胜结束了这场战争，并且全歼刘邦主力，逼迫刘邦陷入“发关中老弱未傅悉诣荥阳”的危机局面。更扭转了四面楚歌孤立无援的政治局面，重新占据楚汉战争主动权。
但这场战争也留下了遗憾和隐患，首先并未抓到汉军主帅刘邦，虽然逼迫的他丢儿弃女但始终没有成功抓到。刘邦西逃后利用荥阳、成皋的地利，依靠关中、汉中的资源供给与楚展开了拉据战。
项羽的勇力虽然可以速战速决，一旦无法一战定胜负楚军将陷入持久的消耗中去。刘邦的资源供给充足，而楚国则因战祸无法提供足够的资源，最终项羽惜败。
彭城一战后，张良等人知道无法一战定胜负，便用计使彭越在楚后方打游击战。另一方面则派人联络项羽手下大将英布，离间他与项羽的关系逼迫英布反楚。
彭城大战的胜利可以说是项羽最后的胜利。由此之后，虽然刘邦不能够再用数十万联军直捣彭城，但却用韩信攻城掠地，逐步地拔除项羽分封的诸侯王。
相较之下，刘邦看似无法反击实则在积蓄力量；项羽看似围着刘邦攻打却已是强弩之末，再也无法重振旗鼓一统天下。
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