韩信多次同萧何交谈，萧何也十分赏识他。刘邦被项羽封为汉王(实为排挤到汉中)，从长安到达南郑，就有数十位将领逃亡。韩信估计萧何等人多次在刘邦面前举荐过自己而汉王不用，也逃走了。萧何听说韩信逃走，来不及向刘邦报告便去追赶韩信。军中有人向汉王报告“丞相何亡。”(《史记·淮阴侯列传》)刘邦大怒，如失左右手。过了一两天，萧何前来进见，刘邦且怒且喜，骂到萧何为何逃跑，萧何说他不敢逃跑，他只是去追逃亡的韩信。刘邦又骂到“诸将亡者以十数，公无所追;追信，诈也。”萧何说：“诸将易得耳。至如信者，国士无双。王必欲长王汉中，无所事信;必欲争天下，非信无所与计事者。顾王策安所决耳。”(《史记·淮阴侯列传》)刘邦表示自己也想向东发展，绝非甘居汉中，定要取天下。
韩信派人暗中探听，得知李左车的计策没被采纳，非常高兴。大胆引兵前来，离井陉口三十里驻扎下来，半夜选二千轻骑兵，人持一面红旗，从小路来到山坡上伪装隐蔽起来，窥视赵军，并且告诫将士：赵军见我军出击，一定倾巢而出，你们就乘机迅速冲入赵军营地，拔掉赵国旗帜，插上汉军红旗。同时命令副将传令大家：“今天打败赵军之后会餐。”将士们谁都不相信，只好假意称是。韩信又召集将领们分析认为，赵军已先占据了有利的地势，他们在未见到汉军大将旗鼓之前，定会担心我们遇到阻险而退兵，是不肯轻易发兵攻打我们的。于是韩信派一万人为先头部队，背靠河水摆开阵势，赵军见汉军摆出只有前进而无退路的绝阵，都大笑不已。天刚亮，韩信打起了大将军的旗号和仪仗鼓吹，击鼓进军井陉口。赵军果出营迎击，大战良久，韩信、张耳弃鼓旗，佯装打败，退到河边的军阵之中。赵军见状，果然倾巢而出追逐韩信、张耳，争夺汉丢下的旗鼓。韩信、张耳退人河边阵地，水上军迎战赵军，各个拼死作战，赵军无法把他们打败。这时韩信所派的二千轻骑兵，等赵军倾巢而出追击汉军，争夺战利品的时候，立即冲入赵军营垒，拔掉赵军旗帜，竖起二千面汉军的红旗。赵军久战不胜，想退回营垒，却见营中遍是汉军红旗，大惊失色，认为汉军已经把赵王及其将领全部俘虏了，于是阵势大乱，四散奔走逃告。赵将虽斩数人，竭力阻止，却不见成效。这时汉军两面夹击，大破赵军，在泜水(今河北省魏河)斩杀成安君陈余，活捉了赵王歇。
韩信又下令军中不许杀李左车，有能擒者赏千金。不久，擒获广武君，韩信亲自上前松绑，请广武君面东而坐，自己执弟子之礼。
韩信大获全胜，诸将前来祝贺，问到：“兵法上说，布阵应是‘右背山陵，左对水泽’，如今将军却背水为阵，还说破赵军之后会餐，当时我们不服，然而取胜了，这是什么战术？”韩信说：“此在兵法，顾诸君弗察耳。兵法不曰‘陷之死地而后生，投之亡地而后存’乎？且信非得素拊循士大夫，经所谓‘驱市人而战之’也，其势非置死地，人人自为战;今即予生地，皆走，宁尚得而用之乎！”(《汉书·韩信传》)诸将听了都自叹不如，更加佩服韩信的用兵之术了。
汉十年(前197年)，陈豨果然谋反。刘邦亲自率兵前去征讨，韩信称病不随高祖出征，暗地里派人到陈豨处联络，要陈豨只管起兵，自己定从京城策应。韩信与家臣谋划：可以在夜里假传诏旨，赦放那些在官府中的囚徒和官奴，然后率领他们去袭击吕后和太子。部署已定，只等陈豨方面的消息。这时韩信的一位门客得罪了韩信，韩信囚禁了他并准备杀他。那位门客的弟弟就向吕后密告韩信要谋反的情况。吕后打算把韩信召来，又恐怕韩信的党羽不肯就范，于是与相国萧何商议，假装有人从皇上那里来，说陈豨已被杀死，诸侯群臣都前来进宫朝贺。萧相国欺骗韩信道：“虽然您有病，还是要勉强朝贺一下。”韩信入朝进贺，吕后派武士把韩信捆缚起来，在长乐宫中的钟室里斩杀了他，并被诛灭三族。韩信临斩时说：“吾不用蒯通计，反为女子所诈，岂非天哉！”(《汉书·韩信传》)韩信被诛灭三族，也包括韩信自己。对于在长乐宫中的钟室里斩杀了他，这只是后人对韩信怀念所造的，不是真的.
