不久，项羽于彭城杀死了韩王成，使张良相韩的幻梦彻底破灭，张良逃出彭城，躲过楚军的追查，终于回到刘邦的身边，受封为成信侯。此后，便朝夕相随汉王左右，成为画策之臣。
刘邦接连收降常山王张耳、河南王申阳、韩王昌、魏王豹和殷王卬五个诸侯，得兵56万。刘邦乘项羽集中力量攻打田荣之机，率兵伐楚，直捣楚都彭城。攻占彭城后，刘邦被这轻而易举得到的胜利冲昏了头脑，不但没有采取恰当的政治、经济措施，反而得意忘形，整日置酒宴会，结果项羽闻知彭城失陷，立即亲率3万精兵从小路火速赶回，急救彭城。刘邦数十万乌合之师难以协调指挥，连粮饷都筹备不齐，一经接战便遭惨败，几乎全军覆没。至此，许多诸侯王又望风转舵，纷纷背汉向楚，刘邦父、妻被俘，与张良筹数十骑狼狈出逃，军事上再度遭受重大挫折，大好的形势复又逆转。
刘邦狼狈逃至下邑，惊魂未定，心灰意冷，万念俱灰，他沮丧地对群臣说：“关东地区我不要了，谁能立功破楚，我就把关东平分给他。你们看谁行？”在此兵败危亡之际，又是张良匠心独运，为刘邦想出了一个利用矛盾、联兵破楚的策略。他说：“九江王英布，是楚国的猛将，现在与项羽有了隔阂；彭城之战，项羽令其相助，他却按兵不动。项羽对他颇为怨恨，多次派使者责之以罪；彭越因项羽分封诸侯时，没有受封，早对项羽怀有不满，而且田荣反楚时曾联络彭越造反，为此项羽曾令肖公角攻伐他，结果未成。这二人可以利用。另外，汉王手下的将领，只有韩信可以委托大事，独当一面。大王如果能用好这三个人，那么楚可破也。”这就是著名的“下邑之谋”。
刘邦听罢，认为这确是一个以弱制强的妙计，于是派舌辩名臣隋何前往九江，策反九江王英布；接着又遣使联络彭越；再委派韩信率兵北击燕、赵等地，发展壮大汉军力量，迂回包抄楚军。
楚军兵围汉王于荥阳，双方久战不决，楚军竭力截断汉军的粮食补给和军援通道，汉军粮草匮乏，渐渐难撑危机，刘邦询问群臣有何良策。
谋士郦食其献计道：“昔日商汤伐夏桀，封其后于杞；武王伐纣，封其后于宋。秦王失德弃义，侵伐诸侯，灭其社稷，使之无立锥之地。陛下诚能复立六国之后，六国君臣、百姓必皆感戴陛下之德，莫不向风慕义，愿为臣妾。德义已行，陛下便能南向称霸，楚人只得敛衽而朝。”这其实是一种“饮鸩止渴”的夸夸其谈，当时刘邦并没有看到它的危害性，速命人刻制印玺，使郦食其巡行各地分封。
在这关键时候，张良外出归来，拜见刘邦。刘邦一边吃饭，一边把实行分封的主张说与张良听，并问此计得失如何，张良听罢一惊，忙问：“这是谁给陛下出的计策？”他沉痛地摇摇头接着说：“照此做法，陛下的大事就要坏了。”刘邦顿时惊慌道：“为什么？”张良伸手拿起酒桌上的一双筷子，连比带划地讲了起来。他指出：“往昔商汤、周武王伐夏桀殷纣后封其后代，是基于完全可以控制、必要时还可以致其于死地的考虑，然而如今陛下能控制项羽并于必要时致其死地吗？昔日周武王克殷后，杀了商纣王得到了他的头颅，如今陛下能得到项羽的头颅吗？表商容之闾，封比干之墓，释箕子之囚，是意在奖掖鞭策本朝臣民，现今汉王所需的是旌忠尊贤的时候吗？武王散钱发粟是用敌国之积蓄，现汉王军需无着，哪里还有能力救济饥贫呢？把兵车改为乘车，倒置兵器以示不用，今陛下鏖战正急，怎能效法呢？过去，马放南山阳坡，牛息桃林荫下，是因为天下已转入升平年代。现今激战不休，怎能偃武修文呢？如果把土地都分封给六国后人，则将士谋臣各归其主，无人随刘邦争夺天下。楚军强大，六国软弱必然屈服，怎么能向陛下称臣呢？”。
张良借箸谏阻分封，使刘邦茅塞顿开，恍然大悟，以致辍食吐哺，大骂郦食其：“臭儒生，差一点坏了老子的大事！”然后，下令立即销毁已经刻制完成的六国印玺，从而避免了一次重大战略错误，为汉王朝的统一减少了不少麻烦和阻力。
当刘邦被项羽围困在荥阳的时候，韩信却在北路战线上顺利进军，势如破竹。他先是平定了魏、代、赵、燕等地，接着又占据了齐国的故地，欲自立为齐王，使人禀告刘邦求封说：“齐人狡诈多变，反复无常，南边又与楚相邻，如果不设王，就难以镇抚齐地，望能允许我为假齐王。”刘邦一听，不由得怒气上冲，当着使者的面，破口大骂道：“我久困于此，朝夕望他前来助我，想不到他竟要自立为王！”。
当时，陈平正坐在刘邦的旁边，陈平与张良清醒地认识到，韩信的向背对楚汉战争的胜负有着举足轻重的作用。况且韩信远在齐地自立为王，刘邦鞭长莫及，根本无力阻止。于是，陈平连忙在案下轻轻踩了他一脚，刘邦亦精明，反应亦快，立即感悟先前失言，于是改口骂道：“大丈夫既定诸侯，就要做个真王，何必要做假王！”刘邦本来就爱骂人，有此一骂本不足为奇，况且先后衔接自然，天衣无缝，竟然没露出什么破绽。
刘邦派张良拿着印绶去齐地封韩信为王，并征调韩信的军队击楚。授印齐王，虽然是刘邦对韩信的暂时妥协，但这个顺水人情和权宜之计，居然笼住了韩信，成功地解决了汉内部的权位矛盾，赢得了楚汉天平上关键的一个筹码。
稳住韩信以后，楚汉战争的形势发生了重大的转折，汉对楚已逐渐形成合围之势：韩信据齐地不断袭击楚军，彭越又屡次从梁地出兵，断绝楚军的粮道。楚军兵疲粮竭，项羽无奈，终于送回了被扣押的刘邦的父亲与妻子儿女，与刘邦讲和。双方商定，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉，立约解甲归国，各不相犯。项羽如约拔营东归，向彭城而去。刘邦也欲引兵西归汉中。
在这重大的转折之际，张良以一个政治谋略家的深邃眼光，看出了项羽腹背受敌、捉襟见肘的处境，便与陈平同谏汉王道：“如今汉据天下三分有二，此时正是灭楚的有利时机，宜猛追穷寇，毕其功于此举。否则放楚东归，如放虎归山，必将遗患无穷。”刘邦采纳的张良的意见，亲率大军追击项羽，并令韩信、彭越合围项羽。
刘邦率大军追击楚军至固陵，却迟迟没有等来韩信、彭越所率的援兵，结果惨遭失败。刘邦躲在固陵的壁垒中，不胜焦躁，便问身边的张良：“他们为什么没有如期前来？”此时，张良对韩、彭的心思早已了然于心，对应之策已思谋成熟，见刘邦询问，忙答道：“楚兵既将灭亡，韩信、彭越虽已受封为王，却没有确定的疆界。二人此次不来赴约，原因正在于此。陛下若能与之共分天下，当可立招二将。否则最终成败，尚不可知。”刘邦一心要解燃眉之急，便依张良计，把陈地以东至沿海的地盘划封齐王韩信；把睢阳以北至谷城的地盘划封给梁王彭越。两个月后，韩、彭果然派兵来援。
汉军各路兵马陆续会集垓下，韩信先用“十面埋伏”之计，兵围项羽于垓下，继而又用“四面楚歌”之计，瓦解了敌兵士气，终于打败项羽，迫其自刎。至此，长达四年之久的楚汉战争，以刘邦的彻底胜利而告终结。
刘邦称帝，史称汉高祖，在洛阳南宫举行庆功大典，大宴群臣。席间，觥筹交错，君臣共饮，刘邦显得特别高兴，当论及楚所以失天下，汉所以得天下时，刘邦道出其中的关键，在于并用三杰，语中盛赞张良道：“夫运筹策于帷帐之中，决胜于千里之外，吾不如子房。”
国基初奠，天下始定，定都何处？这无疑对新兴的西汉王朝的巩固和发展有着至关重要的意义。起初，刘邦本想长期定都洛阳，群臣也多持此见。
一天，一介戍卒齐人娄敬从西域返回洛阳，求见刘邦，陈说关中的地势险要，劝刘邦定都关中。刘邦一时拿不定主意，而这时那些主张建都洛阳的大臣们，却纷纷陈说建都洛阳的好处。这些人多是六国旧人，眷恋故旧，乐土重迁，劝道：“东都洛阳，绵延几百年。东有成皋，西有崤函、渑池，背靠黄河，前临伊、雒二水，地理形势坚固易守。”独有张良支持娄敬的主张。
张良说：“洛阳虽有这些天然的险要，但它的腹地太小，方圆不过数百里；田地贫瘠，而且容易四面受敌，非用武治国之都；关中则左有崤函之险，右有陇蜀丛山之溢，土地肥美，沃野千里；加上南面有巴蜀的富饶农产，北有可牧放牛马的大草原。既有北、西、南三面的险要可以固守，又可向东方控制诸侯。诸侯安定，则黄河、渭水可以开通漕运，运输天下的粮食，供给京师所需。如果诸侯有变，就可顺流东下以运送粮草，足以维持出征队伍的补给。这正是所谓金城千里，天府之国啊！还是娄敬的主张正确。”张良的分析全面而深刻，加之素负重望，又深得刘邦信赖，因而汉高祖当即决定定都关中，正式迁都长安。
刘邦大封包括张良在内的多位功臣，未被受封的人则议论纷纷，争功不休。刘邦从阁道上看见诸将三三五五地坐在沙土上窃窃私语，就询问张良他们在谈论什么事，张良故意危言耸听地说：“他们在商议谋反！”刘邦问：“天下初定，他们何故要谋反？”
张良答道：“陛下起自布衣，是用了这些人才争得了天下，现在您做了天子，可是受封的都是萧何、曹参您喜爱的人，而诛杀您生平所仇怨的人。现在朝中正在统计战功。如果所有的人都分封，天下的土地毕竟有限。这些人怕您不能封赏他们，又怕您追究他们平常的过失，因此聚在一起商量造反！”刘邦忧问：“那该怎么办？”张良问“您平时最憎恶的，且为群臣共知的人是谁？”刘邦答道：“雍齿与我有故，曾数尝窘辱于我，我想杀了他，但他有不少功劳，所以没忍心。”张良说：“那您赶紧先封赏雍齿。群臣见雍齿都被封赏了，自然就会安心了。”于是，刘邦摆设酒席，欢宴群臣，并当场封雍齿为什邡侯，还催促丞相、御史们赶快定功行封。群臣见状，皆大欢喜，纷纷议论道：“像雍齿那样的人都能封侯，我们就更不用忧虑了。”
张良素来体弱多病，自从刘邦入都关中，天下初定，他便托辞多病，闭门不出。随着刘邦皇位的渐次稳固，张良逐步从“帝者师”退居“帝者宾”的地位，遵循着可有可无、时进时止的处事原则。在汉初刘邦翦灭异姓王的残酷斗争中，张良极少参与谋划，在皇室的明争暗斗中，张良也恪守疏不间亲的遗训。
当时，刘邦认为太子刘盈懦弱不像自己，又宠爱戚夫人与其子刘如意，并察知吕后有异心，有代刘而王的迹象，故欲废太子孝惠，改立赵王如意为国储。朝野大臣，群起谏争，但不能更改刘邦初意。眼看太子位行将被剥夺，吕后命吕释之挟持了张良，逼其献计，张良道口舌难保太子，“商山四皓”皆八十余，节义清高，不就汉朝爵位，匿亡山林，皇上敦聘不至，但仍然高义“四皓”。太子若卑辞固请“四皓”出山，出入宫廷以“四皓”相随，皇上必问而知之，知之则太子位可固。
事果如张良言，刘邦问知伴随太子的“四皓”就是自己数请不来的隐士，今为太子左右，可见太子羽翼已丰，翅膀亦硬，奈何不得，从此再也不提易立太子一事。
论功行封时，按级班爵，汉高祖刘邦令张良自择齐国三万户为食邑，张良辞让，谦请封始与刘邦相遇的留地，刘邦同意了，故称张良为留侯。
张良身缠病魔，体弱多疾，深悟鸟尽弓藏的哲理，惧怕既得利益的复失，便乃自请告退，摒弃人间万事，专心修道养精，崇信黄老之学，静居行气，欲轻身成仙。吕后感德张良，劝他毋自苦，张良不得已听从了吕后的劝告，仍就服人间烟火，后张良病逝，谥号文成侯。
