秦二世闻听起义军逼近咸阳，如晴天霹雳，大惊失色。在都城空虚，调兵不及的情况下，只好依少府章邯之谋，赦免在骊山陵服役的几十万刑徒，封章邯为将军，临时组编军队阻击起义军。正在休整的农民起义军被突如其来的几十万秦军打了个措手不及，被迫退出关中。在曹阳亭（今河南灵宝东北）固守、抗击秦军数十天后，又败退渑池。坚强不屈的周文在几经挫创、无粮无援的情况下，又率部与敌激战十余日，终因寡不敌众，拔剑自刎。
周文大军失败后，章邯带兵继续东进，围攻荥阳的农民军面临腹背受敌的危险，起义军将领田臧与吴广意见不合，认为“假王骄，不知兵权，不可与计，非诛之”，竟假借陈胜之名杀害了吴广。章邯趁机歼灭了这支起义军部队。
章邯解除了起义军对荥阳的包围后，即倾全力进攻陈县。秦二世二年（前209年，汉初承秦制，十月为岁首）十二月，陈胜亲率农民军将士与秦军展开激战，虽奋力拼搏，终究未能挽回败局。
陈胜被迫退至下城父（今安徽蒙城西北），准备重新聚集力量，再做反秦的努力。但没想到，竟被跟随自己数月的车夫庄贾杀害，成为千古遗恨。
陈涉兵败后，他的部下秦嘉与东阳县宁君共同立景驹为楚王，驻扎在徐州一带。
陈胜的另一个部下吕臣在新阳（今安徽界首北）重举义旗，组建“苍头军”，从秦军手中夺回陈县，处死了投降秦军的叛徒庄贾，重新竖起“张楚”大旗。
陈胜原来的部将召平奉命东下发展，在陈胜死后，假借其名义，拜原楚国名将项燕的儿子项梁为上柱国。
因秦朝有连坐的规定，东阳县青年皆反，杀县令，推“素谨信”的令史陈婴为首领，该部纪律严明，军容验证。陈婴主动将所部二万多人归并给只有八千人的项梁部，实力大增，项羽等惊呼“异军突起”。