宋义回答说：
“俗话说：‘打牛身上的虻，不能同时杀死虮和虱’，如果将章邯比喻为虻，那么秦就是虱。在这里即使能击败章邯，也无法灭秦，这岂不是徒劳无功吗？现在秦兵攻赵，秦军即使胜利，士兵也一定会陷于疲惫的状态，我们不如等秦兵疲惫时再去攻打，这不是更好吗？然后我们再一举向西占领秦的根据地。所以，现在没有出击的必要。若是与敌军对阵相搏，我力不及你，但在运用战略上，我就比你强多了。”
宋义不理会项羽的质问，反而发布命令：
“擅自行动者斩首！”
然而宋义却私下违反自己所发布的命令，想将自己的儿子宋襄送到齐国去，且正在与齐相频频交涉中。宋义忙于贿赂宴请齐的使者，根本无心举兵出击。
阴历十一月的华北，天寒地冻，兵士们都因饥寒而恼怒。项羽终于下定决心：
“今年收成不好，百姓贫困，军粮缺乏，兵多粥少，而宋义却长此逗留，并日夜豪饮，浪费食粮。说是要等秦兵疲惫再进攻，然而新组成的秦军，军势强大。赵将败北是明显易见的事。等赵惨败后，秦军必然更加强大，我们哪有乘虚而入的机会呢？几个月以前，楚败于秦。怀王痛心，寝食难安，于是倾全国之力，将一切都委托给宋义，楚国的兴废，就在此一举了。而这可恶的国贼不顾国事，却积极谋虑自己的私事！”
第二天早晨，项羽借着与宋义见面的机会，在营里一刀砍下宋义的头，并喊道：
“上将军宋义与齐密谋，企图叛楚，楚王命我杀他！”
诸将立刻俯身于项羽面前，大家都由衷地佩服项羽，很高兴看到宋义被杀。于是项羽临时代理上将军的职务。
项羽并立即派桓楚到怀王那儿，报告诛杀宋义的始末。怀王即正式任命项羽为上将军。
项羽立刻带领援军，向巨鹿进击。
项羽首先以二万精兵组成先锋队，由黥布率领。他们渡过漳水抵达巨鹿，朝着重重包围巨鹿城的秦军猛攻。然而因为兵力众寡悬殊，素有猛将威名的黥布也未能获胜。黥布苦战的消息，传到项羽那里。
“我自己来！”项羽愤怒地站起身来。
不久，他亲率部队渡过漳水，并立即下令击沉所有的船只，只留下三天的粮食，锅、釜等炊具也全部烧毁。
这么一来，大家既不能逃回去，也不能滞留原地，只有拼死奋力向前出击。
他们立誓要得胜，否则再也不回楚境。
于是项羽率领楚军，截断了秦兵的粮食补给线，发出震天的厮杀声，杀向围城的秦军。
突击，后退，再突击，又后退，与秦军激战九次。面对决死拼命的楚军，军势浩大的秦军也招架不住了。苏角被项羽当头一击而毙命，涉间自杀，王离被掳，失去大将的秦兵，纷纷向四方逃逸。
章邯闻讯赶来，却也抵不住势如破竹的楚军而撤退了。
项羽率领楚军在巨鹿展开激战。先前来救援巨鹿的诸侯军，为数颇多，但他们虽诚心想救赵，却畏惧秦军的强大战力，只在巨鹿的四周布阵，不敢轻举妄动。
此时，他们在壕沟中观战，秦、楚的激烈战斗，使得观战的诸侯们紧张至极。楚军的厮杀声，惊天动地，以一当十，最后终于战胜。诸侯们被这种紧张的情势震慑得不知所措。
战后，项羽接见各诸侯、将军，他们都无颜正视项羽。
项羽的勇武，因为这一战而更加出名，使得诸侯们佩服得五体投地，都愿意跟从他。
秦将章邯于巨鹿败退后，就转而镇守棘原（河北平乡南），隔着漳水与项羽的联军对峙。
这段期间，因为项羽军队的压迫，使他节节后退。
秦军在巨鹿大败的消息，很快地传到咸阳。
暴怒的秦二世，即派遣使者严责章邯的失误，章邯也怕被处罪，立即派司马欣向二世请求将功赎罪的机会。
司马欣到了咸阳，投书想谒见秦二世，但是掌握实权的赵高，却因嫉妒章邯，而未安排章邯的使者谒见二世。因此司马欣就在宫殿外围的司马门空等了三天，仍未获准朝见皇上。机警的司马欣猜到自己会有危险，就急忙沿着原路返回军中。
果然不出所料，赵高不久即命令部下追捕司马欣。
司马欣脱离虎口回来，向章邯报告说：
“朝廷里，赵高掌握着政权，其他人毫无插手的余地。即使你现在打了胜仗，赵高也一定会嫉妒你的功绩；万一打了败仗，那更是必死无疑。将军，这一点请你仔细三思！”
这时陈余劝章邯投降的书信也送达了。内容是：
“白起、蒙恬都是秦的名将，功绩辉煌，但最后却都被奸臣所谋害。秦虽颇能起用干才，但等到他们功成利就时，就以某种不实的罪名将他们处死。将军现在的处境正是如此。将军率领大军离开都城已快三年了，这期间，损失的将士为数不少，而诸侯的举兵却有增无减。秦帝国的朝廷里，由赵高掌握着实际政权，面临国家存亡的大事时，他为了避免被二世诛杀，便会将罪过转嫁于将军。这样一来，将军无功会被杀，有功也难逃厄运。不管如何拼命为秦效力奋战，生命都无法长存，这点将军应该甚为明白。在内蒙上叛逆的污名，在外成了亡国的将领，陷入孤立无援的境地，与其如此，倒不如和关东诸侯联合攻秦，然后分地自立为王，这才是将军聪明的作法。”