秦果悉起兵益章邯，击楚军，大破之定陶，项梁死。
——《史记·项羽本纪》
在刘邦忙着收复丰县时，章邯也攻破了陈县，兵败的陈胜被迫退守城父（今安徽蒙城西北，秦属泗水郡），本想重整旗鼓，卷土重来，结果竟被自己的车夫庄贾所杀。
陈胜被杀后，其部将吕臣在陈县东南的新阳（今安徽界首北，秦属陈郡）重举义旗，组建“苍头军”，反复与秦军争夺陈县，虽然曾两度从秦军手中夺回陈县，并处死了叛徒庄贾，但自身伤亡同样极为严重，无力继续抵抗秦军的他，只好与英布合兵前去投奔项梁。
秦二世二年（前208年）四月，在刘邦向项梁借兵反攻丰县之时，章邯则在消灭陈胜政权后，率兵北上攻打魏国，攻向魏王魏咎所在的临济（位于东郡南部）。
魏咎见实力远在自己之上的陈胜都被击败，自知难敌章邯，连忙派周市向楚地项梁和齐王田儋求援，项梁和田儋分别派项佗和田巴率兵前往救援。
同时，项梁又派项羽率兵攻打襄城县，因久攻不下，项羽在城破后，将城中军民尽阬之，之后回军向项梁报告。
同年六月，陈胜的死讯传至薛县一带，项梁在确认消息后，鉴于楚王陈胜和楚王景驹先后身死，楚地各路义军处于群龙无首的境地，于是项梁便将所有在外统兵的将领全部召回薛县，商议下一步行动。
这时，已经年近七十的居鄛人范增也来到薛县，他在分析了陈胜失败的原因，以及如今的天下形势后，劝谏项梁道，“秦亡六国、楚最无罪，自楚怀王入秦被扣留没有返回，楚人怀念至今，因此楚南公说‘楚虽三户，亡秦必楚’。如今陈胜首先起事，却不拥立楚王后代而自立为王，因此其失败是理所当然的。现在您起于江东，楚国各地蜂拥而起的将领都争先归附于您，就是因为您家世世代代皆为楚国大将，能够重新拥立楚王的后代而已。”
项梁于是听从范增的建议，派人找到了正在民间替人放羊的楚怀王之孙熊心，拥立熊心为楚王，仍称楚怀王。拥立熊心，给项梁带来了绝对的民望人心和号召力，使其立即便跃升为了楚地义军的领袖。
当时，刘邦也被召回了薛县，张良跟随在其身边。自韩国被秦国所灭以来，张良便一心想要恢复韩国。如今，六国之中其余列国或自立，或拥立，纷纷迎立新王，唯独韩国始终没有立王，这让张良心急如焚。
因此，在项梁拥立熊心后，张良趁机对项梁说道，“君既已立楚王为后人，而韩王诸公子中的横阳君韩成最为贤明，可立为王，以增加同盟国来作为助力。”
项梁采纳了张良的建议，立韩国宗室后裔横阳君韩成为韩王，让张良担任韩国的司徒，辅佐韩成率领一千多人西进，收复韩国故地。张良于是告别刘邦，就此辅佐韩成而去。
同月，就在项梁召集众将，拥立楚王熊心之际，临济战场的情形却迅速恶化。
由于临济战事紧张，而项梁又将项佗召回，齐王田儋只好亲自前往临济，统率齐楚联军。
面对齐、楚、魏三国军队，章邯命令士兵趁夜衔枚偷袭，大破三国联军，齐王田儋、魏相周市战死，田儋之弟田荣败逃东阿（今属山东聊城，秦属东郡），秦军乘胜进围临济。
魏王魏咎见联军战败，自知无力坚守，为免城中百姓遭到牵连，便向章邯提出以自己一命换取城中军民生路的建议，章邯同意后魏咎自焚而死，秦军入城后，魏咎的弟弟魏豹趁乱逃奔东阿。
攻陷临济之后，章邯率领秦军急奔东阿，再度围攻田荣、魏豹的残兵。
七月，得知东阿形势紧急，项梁命陈婴为上国柱，让其护送楚怀王建都盱台（秦属东海郡），自己则自称武信君，率领军队北上救援东阿，刘邦和项羽随同前往。
在项梁的统率下，楚军先于亢父大败秦军，之后项梁继续沿薛郡西部北上救援东阿，并命刘邦等各路将领分兵四处攻掠。
于是，刘邦率领曹参、周勃等人继续向西收复被章邯重新占领的魏国旧地，击败章邯的车骑部队，并先后收复蒙县、虞县、方与、爰戚县、东缗县、栗县、啮桑县、宛朐县、单父县等地，其中在攻打方与和爰戚两县时，曹参皆立下先登之功，刘邦提升其爵位为五大夫。
通过一系列的战役，刘邦不仅收复了砀郡几乎一半土地，在魏王魏咎死后，散落于这一带的傅宽、陈豨、靳歙等魏国旧部，也纷纷投入了刘邦麾下。在横扫了砀郡东部，确保了大军侧翼安全后，刘邦北上与项梁会合。
东阿城下，项梁与项羽、刘邦、田荣、龙且等人合兵，与章邯率领的秦军展开激战，章邯兵败西撤，东阿之围遂解。
此时，田荣得知由于兄长田儋战死，齐人已经重新拥立齐王建的弟弟田假为齐王，并以田角为丞相，田间为大将，得知消息的田荣大怒，当即率军返回齐地，只留项梁率领的楚军继续追击秦军。田荣返回齐地后，击败了田假的军队，齐王田假逃亡楚国，丞相田角与弟弟田间逃亡赵国，田荣改立田儋之子田市为齐王。