接下来，楚军用发石车攻关。这种车整体看是三角架形，底部安装了轮子。它在前端挂上一块巨石，士兵在后面将巨石拉起来掉在半空，另一端就是一根长长的木头，尖端再安装一个类似于大勺的凹槽，里面就放上石头，或者是酒坛。石头可以直接打出去，若是酒坛，再将油毡包裹。发送前先将油毡点着，士兵同时松手，前端的巨石突然坠落在地上。根据杠杆原理，就能将石头或者酒坛打出去。酒坛落在地面上，或者是关楼上，就会被碰碎，然后火花四溅，如同炮弹炸裂一般，杀伤力也非常大。沛公就用数乘发石车为前驱。周勃和纪信又用准备了干草数十捆，浇上鱼油后点燃，再打出去。此时恰值秋风暴虐的季节，火趁风威，风因火势，烟焰腾空，关上的秦军都被炸得睁不开眼睛，双方逐渐成为胶着状态。
第二路楚军在梅鋗的率领下，他们来到关城倒塌的地方，就组织军士搭建浮桥。这里虽然宽阔，但是关内已经布置了大批的秦兵，就在上游堵截。梅鋗亲自组织弩手向秦军射箭，掩护工程兵。秦军为了阻击楚军，也用硬弓强弩对射。这种逆水而上的浮桥又非常难以建造，楚军就用木船和一些大的浮箱做桥墩。因为要逆水而上，只好将桥建成折带状，从河的东岸建起，将船筏划到西岸，再从西岸建到东岸，分别建成了好几段，才向上游连接成功了。可是楚军为了掩护工程兵，有几百人都死在了河里。
第三、四路攀爬山岩的楚军也是伤亡惨重。因为地面湿滑，他们在攀爬的过程中，又遇到秦军的猛烈反击，掉入山谷者不计其数。一时间，两岩的楚军，前者倒下，后面的又跟上来，杀声震天，鼓角动地。真是相逢狭路，勇者获胜。一些军士占领了高冈后，又等待时机，若是躲过箭矢，就又继续攀爬。秦军还用鱼油泼洒，这种油不怕雨淋，陡的地方滑着上不去，平的地方就点起火，楚军不是烧死，就是坠崖而亡。
沛公指挥主力攻打关门，发石车将所有的发射物发完后，就开始用云梯攻关。这种云梯根据鲁班的造车的方法造出来的，它高大坚固，可依云而立，还能俯瞰到关上的敌人。梯子的顶端装有铁钩，可以钩援关城的外缘，还可以保护梯首免遭敌人的推拒与破坏。当秦军看到这个大家伙时，就慌忙抛下木、石拦截，可是关前隘道，障碍物也受到束缚根本无法拦截这样的大家伙了。
等云梯慢慢地靠近了关楼，上面一员大将身先士卒，他挥舞大刀把守关的秦将王荣一刀斩为两段，此人正是楚军大将曹参，然后他第一个率先跃上了关楼。这时另一员秦将也飞身而至，只听他吼声若雷，原来是楚军猛将樊哙。只见他抡起大钺，照着那员秦将就是迎面劈下去了，那人被劈成了两半。曹参和樊哙二人联手，真是勇不可当，一跃就杀进了关楼。二人逢人就砍，遇将就劈。楚军也跟着杀了进去。关内的杀声惊天动地。秦军看见楚军如此不怕死，只得纷纷后退。这时有一股楚军就跃下了关楼，他们先打开了关门。
周勃、纪信见关门大开，便向关内冲杀进来。沛公见众人已经突破了关门，也挥师掩杀进去。这时梅鋗从浮桥上也杀进了关内；戚鳃、王陵、灌婴、郦商从山岩上也攻进了关防，各路将士同时就向秦军的各个据点发起了冲锋，号称秦国南大门的武关就被楚军牢牢地控制住了。说来也奇怪，一连阴沉了几天的天气也突然云开雾散，一轮明月也爬出了云头。将士们欣喜若狂，就赶紧趁亮抢修道路。
沛公见秦军已经退去了，就让梅鋗、曹参、樊哙、灌婴、郦商追赶败逃的秦军。一会儿，月亮完全爬出了云层，竟把关山照得如同白昼一般。楚军大约前进了三、四十里，军探回来报告，说是前方的道路越来越狭窄了。曹参惊疑道：“此地必有伏兵。”就命令弓箭手来到前方，只见河水对面的山崖上，果然有秦军在埋伏，就令军士猛射一通。秦军纷纷坠崖而死。原来朱蒯见关门被楚军攻破了，只好率领大队来到狭窄处设伏，本想杀个措手不及，可谁知此夜乌云散去，月亮出来，把山岩照得如同白昼，那些秦军就完全暴露在了楚军的眼前，反而被楚军先射杀了。朱蒯认为这是天要亡秦，就痛苦地大叫一声，然后跳岩自尽了。
前方的军士向沛公报告了秦军设伏的情况。沛公就地对将士们道：“这真是天要亡秦啊！”就站在关上说：“十六年前，始皇帝派王翦率领六十万大军出此关灭了楚国。后来楚人都说：‘楚虽三户，亡秦必楚。’没想到今天，楚国的大军也是从这里攻进了武关。”大家都感慨不已，回想一年前，他们接受了楚怀王的命令，从砀郡出发，那时只有数千人，可是他们一路经过无数次地浴血奋战，历尽了千辛万苦，终于打进了武关。这支队伍也是由当初的几千人发展到了十万人，这是多么的不可思议啊！此时皓月当空，丹水河也逐渐恢复了往日的平静。
武关前的道路上，楚军拥挤不堪。他们经过三天三夜的行军，部队全部进入了关内。子房就问沛公道：“武关是秦国的南门，此地十分重要。我们离开了谁来把守？”沛公道：“入关后，就一定要俘获秦帝，成就大功，再守此关有何意义？”子房严肃道：“不对，武关号称秦国的四塞之一，它的得失举足轻重。我们的前方有什么样的险情谁都不知道，若是一旦遇险，还可以从此退出关内，正所谓‘进退有据’。所有必须得有一员大将把守！”沛公一听这话，觉得子房说的对极了，就问谁来把守武关。此时人人都要争着入关，都不愿意留下来。子房就对王陵道：“王将军对武关及南阳的地形了如指掌，你守此关最为合适不过啊？”沛公也道：“正合我意。”王陵道：“我正要入关建功立业，却让我守此空关，这不是让我享清闲吗？”子房笑道：“将军错了，大军入关后，若是遇到不测，断然不能学当年的周文啊！所以王将军留下来做我们的后援，功劳不亚于前方的将士。”王陵听了子房的话，恍然大悟道：“都是我不明白把守的重要，现在先生已经说明了守卫的重要，我当然愿意留守啦。”沛公大喜，就让王陵担任关都尉、丹水侯，统领一万楚军镇守武关。