不久,项梁在定陶(今山东定陶)一战中,被秦军偷袭,不幸阵亡,于是韩信又归到项羽的部下。做了项羽的郎中(侍卫)。韩信便利用这种身份,经常接近项羽,并且屡次给项羽献计献策。可是,项羽根本看不起韩信,从来不肯采纳他的意见。韩信见项羽刚愎自用,听不进意见,就想离开项羽.另谋出路。
公元前206年10月.刘邦起义军攻入咸阳,推翻了秦朝的统治。随后,项羽也率军入关。并在同年2月自封为西楚霸王,以梁、楚九郡作为自己的封地。建都彭城(今江苏徐州),同时分封了18个诸侯王。刘邦被封为汉中王,以偏僻的巴蜀、汉中地区作为封地,建都南郑(今陕西南郑)。为了阻止刘邦向东发展势力.项羽又把关中地区一分为三,分封给秦朝的三个降将。
4月,各个受封的诸侯王都率兵回到自己的封地,刘邦也前往南郑。当时项羽只给刘邦三万人,但是愿投降刘邦的就有好几万人,多数是项羽的部下。这时郁郁不得志的韩信便从楚营逃跑,投到刘邦部下。刘邦让他当了一个称为连敖的小官,韩信大失所望。