汉王二年三月，陈平投奔汉王，汉王任命陈平为都尉，令他“典护军”。汉王部下的老将们都不服，对汉王颇有怨言。然而，汉王却任命陈平为“亚将”，地位仅次于主将，隶属于韩王韩信的部下，驻军于广武（今河南荥阳东北广武山上）。这时，汉王部下的老将周勃（后来任汉帝国太尉、右丞相）、灌婴（后来任汉帝国太尉、丞相）等人在汉王面前说陈平的坏话：

“陈平虽然是个美男子，不过像是个装饰帽子的美玉罢了，腹中未必有什么良策。臣等听说陈平在家时，与嫂子私通；事奉魏王却弄得无法容身，逃亡归属楚国；归属楚国后不合于楚王心意，又逃亡归汉。如今大王赐给他高官，令他监督并协调众将领，无寸尺之功而身居众将之上。臣等听说陈平接受将领们贿赂的黄金，多给金钱的便可得到好的待遇；给金钱少的便会得到差的待遇。陈平是个反复无常的乱臣，愿大王对他有所审查。”

周勃、灌婴跟随汉王已时间很长，汉王又深知周勃等为人“厚重”，不会胡乱讲话，因而对陈平有所怀疑，于是召见魏无知。魏无知是刘邦的近臣，当初是他把陈平推荐给汉王的，因而汉王对魏无知推荐陈平一事提出责问。魏无知回答说：“臣当初向大王所说的，是陈平的才能；大王现在向我所责问的，是陈平的品行。这是两回事。如今有像尾生、孝己那样的品行，却对决定胜负起不到有益作用的人，大王哪里会有闲工夫去使用他们呢？楚汉相持不下，臣推荐具有奇谋的人才，为的是确实有利于国家而已。至于与嫂子私通和接受部将的金钱，这有什么值得怀疑的呢？”

魏无知把用人不能求全责备而要视其是否具有才能的理论，阐述得是那样的精辟，汉王当然能听得进去。尽管如此，汉王在情绪上仍是没有转过弯来，认为周勃等人所言不无道理，还是把陈平召来，当面责问他说：“先生事奉魏王，不合于魏王心意，归属于楚国；在楚国又因不合于楚王心意，如今又跟随我活动。讲信用的人都是如此这般地三心二意吗？”

“臣事奉魏王，魏王不能采用臣的主张，所以去事奉项王。项王不能信任人，他所信任和宠幸的，不是项氏家族便是妻子的兄弟，虽有奇士而不能信任，我陈平因此而离开楚国。臣听说大王能够任用人才，所以归属大王。臣两手空空而来，不接受将领的黄金便没有活动经费。臣为大王所献计谋如有可以采用者，愿大王能采用施行；如果是没有可以采用的，将领们送上来的金钱还在，可封存起来送到官府的府库，请允许臣辞去现任职务。”

陈平的自白终于解开了汉王心中的疑团，汉王连忙向陈平道歉，给他以丰厚的赏赐，任命他为护军中尉，负责监督和协调诸将领的行动。从此，诸将领不敢再在汉王前面对陈平说三道四了。

时间整整地过了一年，汉王三年三月，楚军于荥阳围困汉王，从敖仓至荥阳运粮的甬道多次被楚军截夺，汉军军中缺粮严重，形势十分紧急。楚汉两军相持日久，汉王深为忧患，便向项王请求把荥阳以西的土地割给自己，与项王订立和约，项王不听。一日，汉王对陈平说：“天下扰乱纷纷，什么时候才能安定下来？”

陈平回答说：“项王为人，恭敬而爱护部下，廉节好礼的士人大多愿意归附于他。至于论功行赏，赐予爵位和封地，他却看得很重，吝啬地不愿给予，士人因此而不愿长久地归附他。大王傲慢而不讲求礼仪，廉节好礼的士人不大愿意前来投奔；然而大王能慷慨地赐人以爵位和封地，那些不顾廉节而好利无耻的士人，大多愿意归附汉国。如果各方中有谁能去掉自己的短处、吸取对方的长处，那么天下可挥手而定。然而，大王任意侮辱人，不能够得到廉节的士人。

不过，楚国也有可以扰乱之处。项王部下的刚直大臣如亚父范增、钟离昧、龙且、周殷等，不过是只有数人而已。大王果真能拿出几万斤黄金，施行反间之计，离间楚国的君臣，使他们相互产生怀疑之心。项王为人又猜忌多疑，好听信谗言，必定在内部诛残大臣。汉国趁此发兵攻楚，楚国是一定会被攻破的了。”

汉王认为陈平讲得很对，便拿出四万斤黄金，交付陈平，由陈平任意支配，汉王不过问黄金的使用情况。

陈平既已得到很多黄金供他施行反间计，便派人在楚军中散布流言蜚语，说什么钟离昧等众多将领为楚王率兵作战，功劳是很多的了，然而始终未能分土而称王。因此，想要同汉军结为联盟来消灭项氏，从而分割楚国的土地称王。项羽听到流言后，果然对钟离昧等将领有所怀疑，不予信任。

汉王三年四月，楚军对荥阳城中的汉王围攻甚急，汉王向项王请割让荥阳以西的土地讲和，亚父范增劝项羽急攻荥阳。然而，项羽中陈平反间之计，此时对范增已有所怀疑。一次，楚使到达汉军军营，陈平授意汉王用最高规格的菜肴，端上去献食。汉王见到楚使后，故意惊讶地说道：“我以为是亚父派来的使者，原来是项王派来的！”说着，吩咐将这道菜肴端了回去，另送上粗劣的食品供楚使食用。楚使受到这种奚落和冷遇，心中很不是滋味，回去后一五一十地向项王作了汇报。对部下多疑的项王，哪里会想到这是陈平施反间之计，因此对亚父范增大加怀疑。

范增劝项羽急速攻下荥阳城，项羽由于对范增不信任，不肯听用。范增得知项羽对自己产生怀疑，十分愤怒地对项羽说：“天下大事已经定了，君王好自为之吧！请允许臣告老还乡！”

范增离开楚军军营还乡，一路上心绪很坏，在尚未回到彭城以前，因背上毒疮的恶化而病死于途中。

范增是项羽麾下在军事上造诣颇深的谋士，多次为项羽出谋划策，立有大功。项羽中陈平反间之计，将范增排斥出领导集团。范增的病死，对于项羽来说是一个难以估量的重大损失。项羽在同刘邦的军事相持阶段中开始向下坡路滑去，同范增的辞职与死去是不无关系的。

同年五月，将军纪信对汉王说：“目前形势紧急，臣请求诳骗楚军，大王可以乘机出城。于是，陈平让两千名妇女披戴盔甲于夜间从东门走出，楚军发现后立即实施包围，准备攻击。这时，将军纪信乘坐着汉王的车驾，化装成汉王来迷惑敌军，喊道：“粮食用尽了，汉王降楚。”楚军听到后都高呼万岁，拥向荥阳城下围观。这时，汉王与数十名骑兵出西门逃走。走前，汉王命御史大夫周苛、魏豹、极公守卫荥阳城。汉军众将土不能随从汉王出走的，都留在城中。周苛与机公相互商量说：“魏豹是从楚军那边反叛过来的国君，难以与他共同守城。”因而将魏豹杀死。