公元前209年，陈胜、吴广揭竿而起。韩信佩剑从军，投身项梁的西楚军。项梁战死后，继随项羽，但未受项羽重用，只是充当一名执戟卫士。他多次向项羽献策，均不被采纳。于是他愤然逃出楚营，投奔汉王刘邦。刘邦初始也没把他当将才使用，只任命他为治粟都尉。韩信见刘邦不肯重用，决意离汉营而去。丞相萧何素知韩信之才，闻讯即刻骑马月夜苦追，将他劝回，由此留下了“萧何月下追韩信”的美谈。后来，刘邦在萧何的屡次劝说下，亲自与韩信讨论军国大事，确信韩信为稀世之才，遂举行仪式，拜为大将。
汉高祖元年（公元前206年）五月，韩信派人修复刘邦进入汉中时烧毁的栈道，迷惑雍王章邯，自己却率军悄悄沿南郑故道东出陈仓，大败章邯军，一举拿下了关中地区，使刘邦得以还定三秦。
汉高祖二年（公元前205年）二月，韩信引兵出函谷关，将兵锋逼至洛阳，韩王郑昌、殷王司马邛等项羽所属的封国，先后归降。然后便与齐赵联合共谋击楚，四月，大军就已进至楚都彭城。攻势之凌厉，令人赞叹。未想刘邦进入彭城后疏于防务，正在与齐军鏖战的项羽听说彭城失守，急率三万精骑星夜赶回，一战将刘邦击败。韩信闻讯即刻赶来收集溃败的部队，和刘邦在洛阳地区会师，又成功地进行了阻击战，在京县、索亭之间把楚军打得大败，使项羽西进的兵锋顿挫。战线最后在荥阳稳定了下来。
刘邦兵败彭城，齐、赵、魏等重又倒戈向楚。八月，刘邦封韩信为左丞相，领兵攻魏。魏王豹陈重兵于黄河东岸，韩信针对魏军部署，将大量船只集中在黄河对面的临晋，佯作正面渡河之势，暗用木框架绑扎瓦罐做成临时渡河器材，从上游夏阳渡河奇袭安邑，突然出现在魏军背后，大破魏军，俘获魏王豹。
汉高祖三年（公元前204年）九月，韩信又引兵东向阏与，活捉代相夏说，收复了代郡。这时，刘邦却命韩信急调其主力至荥阳加强该地守备，故韩信只带了万余部队东下井陉攻赵。赵王歇和赵军统帅成安君陈余集中二十万兵力于太行山区的井陉口，占据有利地形，准备与韩信决战。韩信先以两千轻骑，乘夜迂回到赵军大营的侧后方埋伏。天明后亲率主力前出到河边背水列阵，诱使赵军出营攻击。汉军背河而战，无路可退，人人拚死作战。预先伏下的两千轻骑乘机攻入赵军空营，遍插汉军红旗，赵军见状，军心大乱。韩信挥军趁势反击，大破二十万赵军，斩杀赵军统帅陈余，生擒赵王歇。接着，韩信用“上兵伐谋” 办法降服了燕。
汉高祖四年（公元前203年）十一月，韩信又用重兵急袭的办法攻破了齐都临淄。楚将龙且急领二十万人马来援，与败退的齐军会师于高密，然后与汉军隔淮水对峙。韩信秘密派人用一万多个沙袋，乘暗夜在上游把淮水堵住。天明后派部分军队渡过淮水，在侧后攻击楚军，继而佯装溃败。龙且误以为汉军胆怯，率主力渡淮水追击。韩信命部属掘开上游堤坝，将楚军冲成两段，汉军运用半渡而击的办法，把已渡水的楚军全歼，龙且被杀。未渡水的齐楚联军不战自溃。韩信趁势挥军追歼逃敌，俘虏齐王田广，全部平定了齐地。
韩信攻占齐地后，项羽恐慌万分，连忙派人去游说韩信，以三分天下为条件，希望韩信反汉联楚，被韩信所拒绝。韩信的谋士蒯通劝他：“将军难道没有听说过勇略震主者身危，功盖天下者不赏的道理吗？将军如今既有震主的威名，又挟难赏的大功，归楚，楚不信；归汉，汉王震恐。若不自立为王，何处是你的归宿呢？” 韩信听了连连摆手道：“请不要再说了，汉王待我十分厚恩，把他的车给我乘，把他的衣给我穿，把他的饭给我吃。古人说过：乘人家的车，要替人分担忧患；穿人家的衣，也应替人分担忧患；吃人家的饭，就应该为人家卖命。我怎么能见利忘义呢？”于是，谢绝了蒯通的建议。可是齐地初定，需立王掌政以安民心。所以韩信已遣使修书请求刘邦立他为假齐王（代理齐王）。当时，刘邦正被项羽困在荥阳，自顾不暇，看罢来书后不悦，本不想应允。后来，听取了张良和陈平的意见后，又说：“大丈夫平定了诸侯就是真王，当假王干什么！”于是，立韩信为齐王，并征调他的部队攻楚。
汉高祖五年（公元前202年）十二月，楚汉两军在垓下（今安徽灵璧南）展开决战。刘邦以韩信为主将，统一指挥各路大军。项羽指挥十万楚军，从正面向汉军阵地猛攻。韩信采用典型的侧翼攻击战法，令汉军中军稍稍后退，避开楚军锐气，而将两翼展开，实行侧击，然后再令中军推进，一下子完成了合围。入夜，韩信令汉军四面唱起楚歌，终使楚军丧失斗志，被汉军一举聚歼于亥下。项羽眼见大势已去，自刎于乌江边。历时五年的楚汉战争以汉王刘邦取得天下而告终。
韩信以项羽帐下执戟卫士的低微身份，几年内登坛拜将，屡建奇勋，终至成为左右楚汉战争的一方诸侯。蒯通以“略不世出”来赞誉这位叱吒风云的军事人物。其用兵之道，为后世兵家所推崇。据《汉书·艺文志》记载，他曾着有《韩信兵法》三章，可惜已经失传。韩信的军事才能令刘邦极度不安，故在项羽败亡后，即夺其兵权，徙封为楚王，继又黜为淮阴侯，软禁于刘邦身边。
汉高祖十一年（公元前196年），吕后和萧何诱韩信至长乐宫的钟室，以谋反罪名杀之。一代名将，死非其所，实堪哀伤。
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