为了进一步削弱楚军，刘邦又命灌婴、靳歙率军渡河北上，统率骑兵深入楚军后方，切断楚军粮草供给。
灌婴、靳歙率军自平阴津北渡黄河，然后沿黄河北岸向东，绕过荥阳楚军后，又自延津南渡黄河，攻击荥阳至阳武之间的楚军粮道，之后一路向东进军，攻击阳武至襄邑（属砀郡）一线的楚军粮道，焚毁楚军粮草。至此灌婴仍不罢休，又利用骑兵的机动优势，袭扰彭城以北至鲁县一带，扰乱楚国大后方。
正在忙着追击彭越的项羽得知消息，着实吃了一惊，急派驻守鲁县的项冠前去迎战灌婴，同时派柘公王武切断灌婴的退路，王武便是在彭城之战后于外黄反叛刘邦的叛将，在被曹参击败后投奔项羽，被任命为柘县县令，故也称柘公。柘县位于砀郡和陈郡交界处，自此北上后便可切断灌婴来路。
灌婴率军直抵鲁县，项冠率兵出城迎战，双方于鲁城外一场大战，灌婴大败楚军，斩杀项冠麾下右司马、骑将各一人，项冠兵败逃回鲁城。
与此同时，王武自柘县出兵北上后，沿白马津和东郡燕县布置防线，试图阻止灌婴自白马津和孟津北渡黄河撤退。
击败项冠后，灌婴得知王武的布置后，便又回军攻打王武，于燕县以西大破王武，斩杀王武麾下楼烦将五人，连尹一人。随后灌婴又率兵折向东北方向的白马县，大败王武的别将桓婴，斩杀都尉一人。后得知项羽已经击败彭越，灌婴这才与靳歙率军夺取白马津，渡河西返。
灌婴这一通折腾，不仅切断了荥阳楚军后勤补给，使得荥阳城正面压力骤减，而且由于其先后从孟津和白马津渡河，以至于楚军不得不派遣军队驻守渡口，防止汉军再度渡河南下袭扰粮道。
项羽在得知项冠、王武两路楚军皆败，且刘邦已经重夺成皋后，也顾不上继续再追击彭越，连忙率军西进，得知灌婴已经渡河北撤后，便又率军回到了荥阳前线。
这次项羽想必已经怒急，回到荥阳前线后便立即出兵猛攻荥阳，虽然经过了一段时间的休整，荥阳城中的粮草得到了一定补给，士兵们紧绷的情绪也到了释放，但历经数月激战，城中守军伤亡实在不小，再加上这一次楚军的攻势明显猛烈了很多，荥阳城竟然不久便开始出现了被攻克的迹象。
同年八月，荥阳已经岌岌可危，城中人心动荡，汉将周苛为了防止内部生变，便找来枞公商议道，“魏豹此前多次倒戈，如今形势危急，难免他不会再生异心，不如将其除去。”枞公认为周苛说的不无道理，于是两人用计将魏豹诛杀。
不久，荥阳城破，守将周苛、枞公和城中的韩王韩信、惠侯孙赤等人尽皆被俘。
项羽对于独自坚守荥阳数月的周苛也是十分佩服，打算将其招揽至麾下，于是对周苛说道，“只要你为我带兵打仗，我不但让你出任上将军，而且会赐予你封邑三万户，如何？”
周苛却冷笑一声道，“我也劝你一句，还是赶紧投降汉王，如此或可保住荣华富贵，否则很快也会成为俘虏的。”
项羽听罢大怒，立即命人将周苛予以烹杀，与周苛一同守城的枞公也随之被杀，至于韩王信和惠侯孙赤则投降了楚军。后来，韩王信和孙赤又偷偷逃回了刘邦阵营，刘邦对韩王信倒是既往不咎，依旧封其为韩王，但作为刘邦部将的孙赤则被剥夺了爵位，只被任命为郎官。
项羽攻破荥阳后，得知刘邦仍驻军成皋，遂率军继续西进，准备乘胜攻占成皋、擒获刘邦。