复辟楚国
公元前208年（秦二世二年），楚王景驹、将领秦嘉驻军彭城东面，想要抵抗项梁。项梁对军官们说：“陈胜首先起事，作战不利，不知去向。现在秦嘉背叛楚王陈胜而拥立景驹，实属大逆不道！”便进军攻打秦嘉，秦嘉的军队大败而逃。项梁领兵追击到胡陵，秦嘉回师对战了一天，秦嘉战死，他的军队即归降了。景驹逃跑，死在了梁地。
项梁已经兼并了秦嘉的军队，就驻扎在胡陵，将要率军西进。章邯的军队这时抵达栗，项梁便命另统一军的将领朱鸡石、馀樊君与章军交战。馀樊君战死，朱鸡石的队伍吃了败仗，逃奔胡陵。项梁于是率军进入薛，杀了朱鸡石。
刘邦率百余名随从去拜见项梁。项梁给刘邦增拨了士兵五千名，五大夫级的军官十名。刘邦回去后，又领兵进攻丰邑，攻陷了该城。雍齿投奔魏国。项梁派项羽从另一路攻打襄城，襄城坚守，一时攻不下。待到攻陷后，项羽即将守城军民全部活埋掉，然后回报项梁。
项梁听说陈胜确实死了，便将各部将领召集到薛议事，刘邦也前往参加。居人范增，年已七十，一向住在家中，好出奇计，前去劝说项梁道：“陈胜的失败是本来就应当的。秦朝灭亡六国，楚国最没有罪过。且自从怀王到秦国后一去不返，楚国人怀念他直至今日。因此楚南公说：‘楚国即便是只剩下三户人家，灭亡秦国的也必定是楚国。’如今陈胜首先起事反秦，不拥立楚王的后裔而自立为王，他的势力不能长久。现在您在江东起兵，楚地蜂拥而起的将领都争相归附您，正是因为您家世世代代是楚国的将领，故而能够重新拥立楚王后代的缘故啊！”项梁当时认为他说的很对，就从民间寻找到楚怀王的孙子芈心，芈心这时正在为人家放羊；到夏季，六月，项梁即拥立他为楚怀王，以顺从百姓的愿望。陈婴任楚国的上柱国，赐封五县，跟随怀王建都盱眙。项梁则自号为武信君。
张良劝说项梁道：“您已经拥立了楚王的后代，韩国的各位公子中，横阳君韩成最为贤能，可以立为王，以增树党羽。”项梁于是便派张良找到韩成，立他为韩王。由张良任韩国的司徒，随韩王率一千余人向西攻取过去韩国的领地，夺得数城，但秦军随即又夺了回去。如此韩军便在颍川一带来回游动。
战死定陶
公元前208年（秦二世二年）九月，项梁东阿击败了章邯的军队，就领兵西进，等到达定陶时，再度打垮秦军。项羽、刘邦又在雍丘与秦军交战，大败秦军，斩杀了三川郡守李由。项梁于是更加轻视秦军，显露出骄傲的神色。宋义便规劝道：“打了胜仗后，如若将领骄傲、士兵怠惰，必定会失败。现在士兵已有些怠惰了，而秦兵却在一天天地增多，我替您担心啊！”但项梁不听从劝告，竟又派宋义出使齐国。宋义在途中遇到齐国的使者高陵君显，问他道：“您将要去会见武信君吗？”显回答说：“是啊。”宋义道：“我论定武信君必会失败。您慢点去当可免遭一死，快步赶去就将遭受祸殃。”这时二世调动全部军队增援章邯攻打楚军，在定陶大败楚军，项梁战死。
