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更让章邯头疼的是，秦二世又派人来催战，指责他“久战无功”。章邯知道，这是赵高在背后搞鬼——赵高自从当了丞相后，就把持朝政，嫉贤妒能，凡是立了功的大臣，他都想办法陷害。章邯担心，要是再打不胜，自己迟早会被赵高害死。
于是，章邯派长史司马欣回咸阳，向秦二世说明情况，请求增兵增粮。可司马欣到了咸阳，赵高却故意不见他，让他在宫外等了三天。司马欣心里发慌，知道赵高要对章邯下手，连夜逃出咸阳，抄小路回到棘原。
见到章邯后，司马欣哭着说：“将军，赵高要害您啊！我在咸阳等了三天，赵高都不见我，还派人跟踪我，幸好我跑得快，不然就回不来了！如今这情况，咱们战也是死，降也是死，您可得早做打算啊！”
章邯听了，如遭雷击。他看着远处的巨鹿城，又想到咸阳城里的赵高，心里第一次有了动摇——他为大秦出生入死，可大秦却要置他于死地，这仗，还有必要打下去吗？
章邯心里动摇，可他毕竟是大秦的将军，哪能轻易投降？就在这时，赵国的陈馀派人送来一封书信，信里写道：“将军啊，您可知白起、蒙恬的下场？白起为秦破楚、灭赵，立下不世之功，最后却被秦昭襄王赐死；蒙恬为秦守长城、逐匈奴，最后却被胡亥赐死。您如今立了这么多功，赵高能容得下您吗？不如归顺诸侯，共灭暴秦，到时候还能封王封侯，不比死在赵高手里强？”
章邯看着这封信，心里更乱了。他召集手下的将领商议，有的将领说：“将军，咱们跟着您打仗，是为了活命，可要是被赵高害死，那太不值了！不如投降项羽吧！”有的将领却反对：“咱们是秦将，投降项羽，岂不是成了逆贼？”
就在章邯犹豫不决时，项羽又派人来劝降，派来的人叫陈稀，是项羽手下的谋士。陈稀见到章邯后，开门见山：“将军，项羽将军知道您是忠臣，也知道您是被赵高所逼。只要您愿意投降，项羽将军愿意与您结为兄弟，共灭暴秦，到时候把关中封给您，让您做王！”
章邯还是不放心——他杀了项梁，项羽能真心原谅他吗？于是，他派赵敢跟着陈稀去楚营，探探项羽的口风。赵敢到了楚营，只见项羽按剑坐在帐中，两旁的将领个个怒目而视，气氛十分紧张。
项羽见了赵敢，冷冷地问：“章邯让你来做什么？”赵敢躬身道：“我家将军想问，若他投降，将军能保证他和手下将士的性命吗？”项羽哼了一声：“我项羽说话算话！只要章邯真心投降，我不仅保他性命，还封他为雍王！”说罢，他抽出一支雕翎箭，“啪”地一下折成两段，“我以这支箭为誓，若我负了章邯，有如此箭！”
赵敢见项羽折箭为誓，心里有了底，回到棘原后，把情况告诉了章邯。章邯这才下定决心，投降项羽。
公元前207年冬，章邯领着二十万秦军，在殷墟向项羽投降。项羽果然遵守承诺，封章邯为雍王，还让他留在军中效力。章邯心里感激，想着以后跟着项羽，或许真能有个好前程。
可他没想到，一场大祸正在等着他的手下。项羽领着章邯的二十万秦军，往关中进军。一路上，楚军士兵经常欺负秦军士兵，有的抢秦军的粮食，有的打骂秦军。秦军士兵心里不满，私下里议论：“咱们投降了项羽，要是到了关中，项羽把咱们杀了怎么办？”
这些话传到了项羽的耳朵里，项羽心里也犯了嘀咕：这二十万秦军，要是到了关中反戈一击，那可就麻烦了。他找来英布、蒲将军商议，英布说：“将军，不如把这些秦军都杀了，免得留下后患！”项羽犹豫了一下，最终点了头。
当晚，项羽下令：“楚军士兵听令，三更时分，把秦军士兵都杀了，一个不留！”楚军士兵趁着秦军熟睡，拿着刀斧闯进秦营，见人就杀。秦军士兵从睡梦中惊醒，有的还没明白过来，就被砍