这时燕、齐、楚等国听说赵国陷入危急，都发兵来救，张耳儿子张敖也前来救援，所有援军都在巨鹿城旁边筑起营地壁垒，却不敢进攻秦军。
项羽杀死宋义后，掌握楚军前线兵权，派遣英布、蒲将军率领二万人先行渡过漳水援救巨鹿，英布几度进取，战斗获得小范围胜利，楚军士卒几次切断章邯运粮的甬道，王离军缺乏粮饷。陈余又来请求增援，项羽于是率领全部军队渡过漳水，破釜沉舟，只带三天的干粮。楚军一抵达前线就包围了王离，与秦军遭遇，交战九次，断绝了秦军所筑甬道。
当时，楚军战力之强位列诸侯之首，前来援救巨鹿的诸侯各军筑有十几座营垒，没有一个敢发兵出战。到楚军攻击秦军时，诸侯们只是在壁垒之上观望，楚军将士无不一以当十，士兵们杀声震天，诸侯军人人心惊胆战。项羽击破了章邯，章邯引兵撤退，诸侯军这才敢出兵攻打围困巨鹿的秦军，大败秦军，杀了苏角，俘虏了王离，涉间拒不降楚，自焚而死，项羽凭此军威一跃成为诸侯上将军。
在项羽的进攻下，章邯等人的军队几次败退，上书朝廷请求增援。当时，丞相赵高正忙于指鹿为马，在朝堂内清除异己。章邯驻军棘原，项羽等诸侯军驻扎在漳水南面，相互对峙没有开战，秦军几次败阵后，秦二世派人谴责章邯。章邯害怕，让长史司马欣回朝请示，司马欣到了咸阳，停留在司马门前三天，赵高不接见他，有不信任之意。司马欣惊恐，返回部队，不敢从原路走，赵高果然派人追杀他，没有追上。
司马欣到了军中，向章邯报告说：“赵高在朝中专权，下面的人没有能有所作为的。如今仗能打赢，赵高必定嫉妒我们的功劳；仗打不赢，免不了被处死。希望将军深思熟虑。”司马欣谋划背叛秦朝，都尉董翳也力劝章邯降楚，陈余也写信来劝降章邯。
章邯犹豫不决，暗中派军候始成到项羽营中，想要签署和约，和约没有谈妥，项羽派遣蒲将军日夜兼程领兵渡过三户津，扎营漳水南岸，与秦军交战，又一次打败了秦军。项羽率领全军士卒在污水上攻击秦军，把秦军打得大败。章邯再次派人去见项羽，想达成和约，项羽因为军粮减少于是答应了章邯的求和，缔结盟约后，章邯见到项羽，流下眼泪，向项羽控诉赵高的种种行径。项羽于是许诺立章邯为雍王，安置在楚军营中。
赵高杀死秦二世胡亥，项羽任命司马欣、董翳为上将军，率领投降的秦军作为前导先锋。刘邦在关中约法三章，项羽在新安城南坑杀了秦军降卒二十万人，只剩下章邯、司马欣、董翳进入秦地。秦国灭亡之后，项羽遥尊楚怀王熊心为义帝，而自立为西楚霸王，主持分封十八路诸侯王。
项羽把关中划分出三个诸侯国，封给秦朝的降将，意在围堵汉王刘邦。于是封章邯为雍王，统治咸阳以西，定都废丘。长史司马欣，以前担任过栎阳狱掾，曾经对项梁有恩德。都尉董翳，是主要力劝章邯投降楚国的人。因此项羽封司马欣为塞王，统治咸阳以东到黄河边，定都栎阳。封董翳为翟王，统治上郡，定都高奴。
汉王刘邦领兵从故道县袭击雍国，雍王章邯迎战汉兵于陈仓，章邯兵败，向后撤退。又在好畤县交战，章邯兵又大败，退回雍国都城废丘。刘邦东进咸阳，留兵包围章邯所拒守的废丘城，又派各将领去扩充地盘，塞王司马欣、翟王董翳投降汉军。汉王刘邦在历经京索之战后，返回关中，派将领樊哙，引水淹灌废丘，废丘城投降，雍王章邯自杀。
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