刘邦采用大将军韩信的谋略，兵分三路，分遣诸将，还定三秦：第一路，命韩信统帅周勃、灌婴所部东进，进攻塞王司马欣所盘踞的栎阳，再挥师北上，攻击翟王董翳所盘踞的高奴，韩信大军到处，塞王司马欣、翟王董翳迅速瓦解，望风归降；第二路，命曹参所部东取咸阳，击破赵贲、内史保军，攻克咸阳之后，更名为新城；第三路，汉王刘邦自己亲统大军追击章邯，围攻废丘。
后来，由于咸阳战事吃紧，韩信也就不再理会章邯和废丘，只是派了少许兵力把章邯困守于废丘城中，他自己则率领着太军马不停蹄地向咸阳城开过去。三秦军的主力都被韩信给歼灭了，汉军再往后的进军就更加顺利了，所到之处势如破竹，很快咸阳就被攻占了下来。之后，韩信又继续北上、东下，以锐不可当之势迫降了塞王司马欣、翟王董翳，整个关中之地基本上都掌握在了汉军的手中。当时的关中可是中国的富庶之地，占有了关中，君临天下就不再是奢望了。
自从汉军从汉中出兵之日起，才一个月左右的时间就基本上平定了关中各地，汉军原来的兵力根本没有什么损失，现在又从关中补充了更多兵力，不论从所费时间上，还是从所费兵力上，韩信还定三秦的效果都是非常显著的。虽然这时还有废丘、陇西、北地等少数几座孤城仍被少量残余的雍军固守着，但韩信并没有把它们放在心上。因为韩信知道这几座城池与三秦的其他领地相比重要性偏低，而且，三秦王在关中不得民心，没有政治基础，留下几座孤城自然就无碍大局。其实，他也不是有意要留下这几座孤城，只是不愿做一些无谓的耽搁，影响自己行军的进程罢了。
最后怎样处理这几座孤城呢？韩信采用了只派少许兵力围而不攻的办法，直到城内自己也耗不下去了，汉军才于公元前205年十一月攻下陇西；次年正月取北地，俘章平；六月，才攻打废丘。
韩信取出萧何提供的地图仔细察看，见废丘城面临渭水，防守严密，易守难攻。于是，韩信决定智取。他首先命令大将樊哙等部下到渭水下游截流。水不下泄，很快猛涨，如万马奔腾，涌进废丘城内，城内顿时乱作一团。章邯见势不妙，急忙率兵从北门突围。韩信马上又命樊哙放水，挥军直追章邯。章邯丢了城池，前无去路，后有追兵，只好拼死一战，结果惨败。废丘城破，雍王章邯被俘。章邯被俘后不甘受辱，自杀身亡。翟王董翳、塞王司马欣本来都是章邯部下的属将，闻知章邯兵败自杀，便先后投降了汉军。这样，号称三秦的关中地区，在短短时间内就尽归了汉王。
在不到两个月的时间里，汉军迅速平定了三秦之地，最终把章邯围困在废丘一座孤城之中。
刘邦下令，把三秦之地更名为渭南、河上、上郡，调丞相萧何进驻新城，安抚百姓，恢复生产。萧何尽除原来秦的苛政，颁布法令，实行汉王入关破秦之时的“约法三章”，即“杀人者死，伤人及盗抵罪”，于是万民欢悦。萧何还把原属秦朝的皇家园林分给那些流离失所的农民，让他们开垦种田，于是，三秦一带的百姓更加拥戴汉王刘邦了，迅速出现了安定的局面。
再说项羽得到章邯求救的讯息时，正在彭城调集兵马，准备大举兴兵讨伐齐王田荣，顿时大怒，便要放开田荣，挥师西进，攻击刘邦。
此时，张良听到消息，大吃一惊，急忙给项羽写了一封信，说道：“汉王刘邦失职，擅自离开汉中，想要攻取关中三秦之地，只是为了要实现以前怀王所说的先入关者为汉中王的约定罢了，攻取三秦之后，一定就会停止，绝不敢东进。”张良还不失时机地把齐王和梁王暗中串通谋反的书信送给了项羽，又说道：“项王目前最大的敌人是齐王田荣！他第一个公然举兵对抗项王，还四处串通，联络诸侯，企图围攻西楚，实属大逆不道，必须首先诛灭，以儆效尤。现在，不但齐王和梁王串通谋反，而且，齐王和赵王也要共同举兵，企图消灭项王了。所以，项王当务之急就是应当立即攻灭齐王田荣，威震诸侯，巩固天下局势，而不是进攻汉王刘邦。”
项羽看了张良的来信，觉得张良的话颇有些道理，于是，项羽就打消了向西攻击关中刘邦的意图，而集中兵力，专意进攻齐国田荣了。
在生命的最后时刻，章邯感叹说：“我章邯从追随秦始皇平定六国时开始算起，身经百战，多少强敌败在我的手下。不料人到晚年，却经历了两次惨败，一世英名，化作烟云。先败于项王，我心服口服，他的神勇，我无法匹敌。后败于韩信，我却有所不服，他只是个不知兵法的庸才。不讲常规，用兵神出鬼没，让人防不胜防。假若他和我摆开堂堂之阵，谁胜谁败还未可知。然而，兵者，诡道也，我对韩信又不能不服。项王的神勇，令我折服，韩信的兵略，让我惧怕。你们二人相遇，项王啊，恐怕你也不是他的对手。”
从此，三秦的最后一座城也被刘邦攻占，关中地区全部平定。韩信“明修栈道，暗度陈仓”的战略，就获得了全面实现，汉军已在关中地区获得了立足之地。从汉军攻取陈仓之后，韩信的指挥更显成熟，整个过程也行云流水，一气呵成，绝无半点拖泥带水，他对整个战势的把握非常清晰明了。在上一个战役之初就已考虑好了下一个战役的行动步骤，真是技高一筹。
韩信一登上历史舞台，就与张良携手，使用“明修栈道、暗度陈仓”之计，刘邦也采纳了这一策略。韩信出奇制胜地夺取了三秦、打开了东进的大门，为刘邦建立了一个兴汉灭楚的根据地。短短的近十个月内，就平定了三秦，全歼了强大的章邯之军，除了作恶多端的章邯，获得了初步的胜利，为以后继续东进打下了坚实的基础。关中地区土地肥沃，前以黄河为屏，侧有渭河、秦岭为障，是一个非常理想的战略根据地。刘邦在占据了关中之地之后，才算真正具备了东争天下的条件，才取得了与项羽相争的资本。
所以，刘邦重用韩信可谓是明智之举。在韩信的帮助下，刘邦一举夺取了关中，实现了自己一直想当关中王的梦想，使自己的领地一下子就扩充了数倍，在军事实力、经济实力上都得到很大的加强。刘邦不再是当年受困于汉中的可怜的汉中王了，他现在已是占据了关中和汉中全部地盘的实力强大的汉王，手里的军队已不再是当初项羽只允许他带进汉中的三万，而是大军数十万。刘邦突然间觉得自己变得很强大了。
与此同时，这些战役不但实现了刘邦梦寐以求地争天下的宏志，而且通过这一军事行动，特别是还定三秦的胜利，使韩信的军事才华得到了实践和初次显露，又使那些原来不服韩信为大将军的汉军将士，佩服了韩信，并为韩信以后再显军事才华打下了基础。在刘邦麾下，韩信开始初露锋芒。
然而，“木秀于林，风必摧之”，越优秀的人就越容易受到别人的嫉妒、排挤甚至迫害。这一系列的战役使韩信威风八面，但刘邦却没有得到别人的什么夸奖。两者形成了巨大的落差。作为汉王的刘邦，自然受不了这样的怠慢。刘邦对韩信也由佩服变成了疑忌，他知道还定三秦对他的意义，他也知道韩信在还定三秦中的决定性作用。但是，他却没有因此而对韩信更器重，反而把韩信有意冷落在一边。
多疑的刘邦恐怕韩信功劳过高权威过大，而对自己的声望和地位不利，他开始处心积虑，谋划着怎么夺取韩信的兵权，加强对韩信的控制。旁观者可能会发出一声嗟叹，为忠心耿耿、驰骋沙场的韩信不平。但是，历代帝王皆是如此，所有的谋士、骁将只不过是帝王成就帝业的工具。
如果把韩信从汉中进军关中的这次战役来同诸葛亮比较，就会发现韩信的军事才能在历史上完全可以称为一绝的。诸葛亮后来曾多次想效仿韩信由汉中进军关中，结果都是以失败告终。我们知道，在历史上，诸葛亮的名气似乎要比韩信大得多，可是韩信智勇双全，无论是智谋还是领兵打仗的经验都在历代谋士、大将之上。
