就这样楚军在项羽的命令下开始做出将要退军的假象，也不再进攻临淄城。这让临淄城中的齐军大大地松了一口气。他们已经在等着楚军离开了，而有战略眼光的人已经开始部署当楚兵退去后的反击了。全城上下没有一人认为楚军还会全力攻向临淄城，城中的守备力量也开始松懈下来。守城的将士们经过前些天的大战之后已经心力憔悴，只想好好地歇上几日，等楚兵退兵之时再报前些日子的仇。
大家就这样歇了两天，在齐人想来第三日楚军就该将所有都准备停当，然后退军了。所以他们也准备好了随时打开城门在后追杀楚军。
但是他们等来的却是震天的喊杀声，楚军在天一亮的刹那就全军对临淄城发起了进攻。每个楚兵都奋力向前冲来，城上的齐兵不到几百人，弓箭石木都没有准备妥当，只能眼睁睁地看着楚军冲到城下，飞速搭好云梯。这时守城的齐军才醒悟过来，忙拿起不多的弓箭向下射去，但这已经阻挡不了楚军的进攻了。
守城的齐兵慌忙将消息传了进去，这时等着想要大杀楚军的齐军将领才知道自己中了楚人的计，忙命人火速上城防御，同时将本来已经搬下城去的守城武器又搬了上来。
但这时齐军的军心已经如项羽所料一样的涣散了，在抵抗了一阵子之后，城墙就被楚军攻破了，源源不断的楚军从缺口处冲上城来，对守城的齐军发起了进攻。齐军只得边战边退，随着他们的腿后，楚军占领了整个临淄城头。随后就有楚军跑到下面打开了城门放下了吊桥，等在外面的楚军也一拥而入向齐军发起了更猛烈的进攻。
项羽骑在乌骓马上左突右冲，面前一合之将，只杀得他兴奋不已。但随后他就察觉到齐人还是在组织抵抗的，因为往齐宫而去的那条道上楚军的行进速度比其他道路要慢上不少。于是他带着自己的亲兵便往那边杀去，他要靠自己的勇武将齐人最后的抵抗也粉碎掉。
齐人在城破之后就知道自己只有拼死一条路可走了，因为薛郡的前车之鉴可是历历在目的。于是不但齐兵抵抗着楚军，连城中的百姓但凡能拿起武器的都和楚军展开了厮杀。项羽也算是为自己在薛郡等地做下的孽还债了。
但是楚军的战斗力毕竟要远远高于齐军，更不用提那些百姓了，所以他们只能阻挠楚军一时而法真正抵挡住他们。一个时辰之后，楚军已经来到了齐王宫前，这座恢弘的王宫让楚军士卒都大开眼界，但他们心中想着的还是攻进宫去，抢夺财物。
就在楚军准备一口气将齐宫也攻下来的时候，城外突然传来了喊杀声，赵国的大军竟然在这个节骨眼上到了。
赵人在用绝对的优势对济北郡发起攻击时却遇到了意料之外的抵抗。守城的楚军虽然只有三千人却用他们的生命挡住了赵军达两日之久，这让赵人难以相信。结果是全城三千楚兵全数战死在城内，没有一人逃跑。
赵人在取下济北郡后不作休整就连夜赶向了临淄，但还是晚来了一步，临淄城已经被楚军攻破了。可是当赵人来到临淄城门口时却也和前面几个郡一样没有受到楚军的阻挡，因为楚军都杀进城去了。于是他们便也老实不客气地往城里杀来。
齐人本来已经绝望了，突然发现赵国的援兵突然杀了过来，已经死去的心再次活了过来，用最后的力量对楚军发起了进攻。
楚军怎么也想不到眼看着胜利就要到来了，却有人从后面杀来，一时也慌了手脚。三国大军就在临淄城中战作了一团。
但是楚军的士气已经大跌，渐渐不是齐赵两军的对手。项羽在听从了项他的建议后开始聚合部队，往城门方向退去。而齐赵两国的军队此时也已经以为继了。赵国长途跋涉而来，本来就是疲军，而齐军也只是鼓起最后的力量而已，在楚军退出城后，两国军队便不再追击任楚军退去。
但就算如此，楚军还是损失惨重，五万大军只剩下不到两万人马。项羽还从未吃过如此惨败，他心中很不服气，在退出城安顿下来后道：“想不到赵军居然会及时赶到，不然齐国就被我灭掉了。大家说说接下来我们该怎么办？”
项他身上也受了多处伤，他一边包扎着伤口，一边道：“如今我军已经大败，而敌人内的数量大大超过我们，唯今之计只有退兵了。”众将也纷纷表示同意项他的意见。
项羽看了看满帐都带着伤的将领，知道这次自己是不服输不行了，于是道：“那我军在天亮前就退出临淄城的范围，以防敌人的追击。”
当齐赵两军休整了一晚准备出城对楚军发起最后一击的时候却发现城外已经没有一个楚人的身影了。