然而，在巨鹿之战中，章邯遭遇了他军事生涯的重大挫折。面对项羽的强大攻势和秦朝内部的猜忌，章邯最终选择投降项羽。项羽入关后，分封诸侯，章邯被封为雍王，受命镇守关中，以阻挡刘邦东进。
公元前206年，刘邦采纳韩信“明修栈道，暗度陈仓”之计，迅速出兵关中。章邯仓促应战，虽奋力抵抗，但最终不敌韩信的奇袭，接连战败。他退守雍都废丘，被汉军围困数月。公元前205年，汉军引水灌城，废丘城破。章邯眼见大势已去，遂拔剑自刎。
章邯的一生，历经秦末战乱的风云变幻，从秦朝的挽救者到项羽麾下的诸侯王，最终在楚汉之争中走向末路。他的死亡，不仅标志着秦朝残余势力的彻底覆灭，也为刘邦统一关中、东进争雄扫清了障碍。作为秦末军事舞台上的关键人物，章邯的结局充满了悲剧色彩，但其军事才能和历史影响仍被后世所铭记。