汉军绝食，乃夜出女子东门二千馀人，被甲，楚因四面击之。将军纪信乃乘王驾，诈为汉王，诳楚，楚皆呼万岁，之城东观，以故汉王得与数十骑出西门遁。
——《史记·高祖本纪》
刘邦虽然用陈平之计，成功离间了项羽君臣关系，也间接导致了范增的去世，使得项羽失去了一大助臂。然而，项羽却并未因此停止对荥阳的攻打，到汉三年（前204年）五月时，荥阳已经随时有被攻破的危险。
当此危急时刻，陈平带着将军纪信前来拜见刘邦，对刘邦说道，“如今荥阳形势紧急，臣有办法，可保大王顺利出城逃走。”
刘邦本以为陈平有何破敌良策，连忙向其请教，然而当陈平说出弃城而逃四个字后，刘邦缓缓收起了希冀的表情，转而神情落寞的连连哀叹。
陈平见状，连忙劝道，“如今荥阳城朝不保夕，再迟恐怕逃命都难了。”
刘邦看了陈平一眼，知道他所言乃是实情，如今内无粮草、外无援兵，想要抵御项羽的进攻谈何容易，如果荥阳城破，恐怕就真的没有逃命的机会了。
想到这里，刘邦便又强打起精神问道，“是何计策？”
陈平说道，“请大王速写一封诈降信送给项王，约其在东门相见。到时，项王无论是为了防止大王诈降还是突围，都必然会将大军调集到东门，我们再想办法将他在西、北、南各门的卫士尽量吸引到东门，大王便可趁机从西门突围逃走。”
刘邦闻言，来回踱了几步，思索片刻后，又问道，“如果项羽发现诈降，而东门又城门大开，反被项羽趁机夺城又当如何？”
这时，陈平旁边的纪信上前一步，抱拳说道，“末将愿替大王前去诈降。”
陈平接着说道，“此外。可将投降时间定于清晨，到时天色昏暗，而纪信将军又与大王身形相似，再仔细打扮一番，项王如果不仔细查看，是看不出来的。况且，我们只是为了调动楚军，到时将军假扮大王出城，城内可伏重兵，一旦城外有变，便迅速关闭城门，即便有少数楚军入城，也难以立时攻破城池。”
刘邦也不是墨迹之人，见陈平已是成竹在胸，仔细思量一番觉得并无不妥后，面色一凝便拿定了主意。
刘邦走上前去，拍了拍与自己的确有几分相像的纪信，然后坐回桌案，亲手写了一封诈降信，命人给项羽送去。
虽然此时项羽占据主动且掌握优势，但接连数月的征战，楚军实际上也已经到了极限。因此，在看罢刘邦送来的书信后，略一思索便同意了刘邦的请降，约定次日清晨于东门受降。
待刘邦使者退去之后，项羽这才看着使者的背影冷笑了一声。对于项羽来说，刘邦是否真的投降并不重要，若是真的投降，自可免去不必要的伤亡；若是诈降，自己则可调集重兵，趁城门洞开之时趁机夺城，也可减少楚军攻城伤亡。
想到此处，项羽叫来传令兵，传令各门攻城军队白天照旧，待到深夜时分，除了部分把守各处城门，严防汉军突围的楚军外，主力全部趁夜集中于东门。
次日清晨，天还没亮。只见荥阳城东门缓缓打开，顺着洞开的城门，陈平连夜搜集到的两千多名妇女，在城中汉军的驱使下鱼贯而出。见到此等壮观景象，已经一年没有尝过女人滋味的楚军将士顿时两眼放光，虽然不至于乱了阵脚，却也大声鼓噪了起来。
南、西、北门的楚军听到东门外喊声震天，最初还不知道发生了什么，后来得知东门外全是美女，也都心痒难耐了起来，起初大家因为畏惧军法还不敢擅离职守，但当有几个胆大的偷偷溜走后，其他人见城中汉军并无异动，便也争先恐后的涌向了东门。
见到东门外已经乱作一团，刘邦的车驾，这才由仪仗队开道，自城中缓缓驶出，向着楚营驶去。
虽然天色昏暗，但为了防止被楚军识破，装成汉王模样的纪信，选择了卧在龙车上，并用衣袖遮住了自己的样貌，做出一副羞于出降，无颜见人的模样。
刘邦虽然曾在项梁麾下效命，但在如今的楚军之中，见过他的人却并不算多，在纪信不显露真容，而服饰、车驾、仪仗皆无误的情况下，楚军将士们错以为这真是“刘邦”出降，认为战事即将就此结束的他们顿时欣喜若狂，纷纷围拢在刘邦车驾四周，有的围观起哄，有的高呼万岁。
项羽自然也发现了向着自己驶来的“刘邦”，此时虽然天色渐明，但由于距离尚远，再加上纪信始终遮着脸，一时间也难以分辨真假，只是从身形上看似乎确实是刘邦，心中不免便有了几分轻松，至于遮脸这个奇怪的举动，项羽也以为“刘邦”这是有些羞于见人。
直到“刘邦”来到近前，曾与刘邦共事的项羽，这才看出“刘邦”是他人所假扮，顿时惊醒了过来，连忙命人将其拿下，同时下令大军夺城，并命人传令各门提高警惕，防止刘邦趁机突围。
此时，东门城楼之上，奉命留守荥阳的汉将周苛、枞公和魏豹也在紧张关注着城外局势，见到纪信被识破，三人连忙下令关闭城门，而楚军方面由于之前的混乱，虽然接到了夺城的命令，却根本没办法第一时间发动进攻，结果就这么眼睁睁的看着汉军关闭了城门。
项羽见状，转头看着已经来到自己面前的纪信，问道，“你是何人，敢冒充汉王？”
纪信坦然答道，“我乃大汉将军纪信。”
项羽怒急，忙问，“刘邦在哪？”
纪信嗤笑了一声答道，“早已离开了这里！”
项羽闻言大怒，命令麾下将士烧毁龙车，连同纪信一起烧死。纪信本就抱着必死之心而来，见状只是大笑不止，直到被活活烧死。
就在纪信出荥阳东门的同时，刘邦则与张良、陈平等人在亲军的保护下集结于西门。
在接到东门陷入混乱，西门外楚军数量减少的消息后，刘邦立即命人打开西门，然后在亲军的护送下自西门一涌而出。
由于此时西门外楚军守军并不多，在樊哙等将领和亲兵们的拼死冲杀下，刘邦等人转瞬间便冲破了楚军防线呼啸而去，除了韩王信和将领孙赤等少数几人没能跟上队伍，被迫退回城内以外，刘邦、陈平、张良等大量汉军高层全部逃之夭夭。
西门外的楚国守军将领见刘邦等人向着西边的成皋方向逃走，连忙命人加固防线，防止其他汉军突围，同时派人将此事禀报项羽。
正在楚营中发火的项羽得知消息，命令大军继续围攻荥阳，他自己则率领精锐骑兵向着成皋方向追击而去。
等到项羽追至成皋，刘邦早已率人疾驰而过继续向西逃去，而项羽却被成皋守军拼死阻拦在了成皋以西，项羽一怒之下率军猛攻成皋，不久后成皋城破。
虽然夺取了成皋，但项羽也就此错失了追击刘邦的机会，只得率军返回荥阳，命令楚军加紧围攻荥阳，试图彻底消灭刘邦在关外的势力。