项羽少年时，项梁教他读书，但他学了没多久就不学了，项梁又教他学剑，没多久又不学了，项梁因此特别生气。项羽说：“读书识字只能记住个人名，学剑只能和一个人对敌，要学就学万人敌。”项梁于是又教项羽学习兵法，项羽非常高兴，但是只学个大概，不肯深加研究。

秦始皇到会稽游玩，驾大船渡浙江，项羽与项梁一起观看，项羽对项梁说：“秦始皇是可以被取代的。”项梁赶忙捂住项羽的嘴，说：“你不要胡乱说话，否则会给全族招来祸患。”项梁因此对项羽另眼相看。项羽身高八尺多，力能扛鼎，才气过人，即使是吴中弟子，也都非常害怕项羽。

秦二世元年（公元前209年）七月，陈胜、吴广在大泽乡揭竿而起。同年九月，会稽太守殷通对项梁说：“江西人全都造反，这是上天要亡秦的时刻，我听说先发制人，后发为人所制，我准备发兵，想要用你和桓楚为将。”当时桓楚在大泽逃亡，项梁说：“桓楚在逃亡，不知道他人在哪里，只有项羽知道。”于是项梁出去嘱咐项羽持剑在外面等候，然后，又进来跟殷通一起坐下，说：“把项羽召来，让他奉命去找桓楚。”殷通同意后，项羽在项梁的指示下将殷通杀死。项梁手里提着殷通的头，佩戴殷通的官印。殷通部下大为惊慌，一片混乱，项羽连杀将近一百人。整个郡府上下都吓得趴倒在地，没有一个人敢起来。项梁召集原先所熟悉的豪强官吏，向他们说明起事反秦的道理，于是就发动吴中之兵起事。项梁派人去接收吴中郡下属各县，共得精兵八千人。又部署郡中豪杰，派他们分别做校尉、侯、司马。于是项梁做了会稽太守，项羽为裨将，去巡行占领下属各县。

秦二世二年（公元前208年）六月，陈胜被杀，项梁召集部下议事，居巢人范增前来告诉项梁，如果不立楚国后人而自立，一定不会长久。于是项梁听取范增的意见，在民间找到楚怀王之孙熊心，仍立为楚怀王。项梁自号武信君。项梁统军在东阿大破秦军，别遣项羽、刘邦攻打成阳，破秦军于濮阳东，秦军被迫退入濮阳城内，项羽、刘邦又率军攻打定陶，斩杀秦将李由。项梁连破秦军，非常骄傲。而此时秦派了大量的援军支援章邯，章邯在得到援军后突袭项梁，项梁兵败被杀。项羽和刘邦攻打陈留不下，于是商议退军，项羽引军驻扎彭城西，刘邦驻军于砀。

章邯杀败项梁后，认为楚兵不足为虑，于是引军北渡黄河，大破赵国。赵王以陈余为将，张耳为相，败走巨鹿，章邯率领王离、涉间共四十万围攻巨鹿。楚怀王听闻项梁战死，非常害怕，从盱[xu]台赶到彭城，收编项羽、吕臣的军队由自己统领，并任命吕臣为司徒，吕臣的父亲吕青为令尹，封刘邦为砀[dàng]郡长、武安侯，仍旧统领砀郡的军队。