Năm 206 TCN, Hạng Vũ trở thành người đứng đầu chư hầu, tự xưng là Tây Sở bá vương và phân phong cho các chư hầu. Phạm Tăng được phong làm Lịch Dương hầu.

Một số chư hầu bất bình như Điền Vinh ở Tề, Trần Dư ở Triệu nổi dậy chống lại. Hạng Vũ mang quân đánh Tề. Lưu Bang được phong làm Hán vương nhưng thực chất bị đày ải vào đất Thục, cũng nổi dậy đông tiến. Lực lượng của Lưu Bang phát triển mạnh mẽ nhất. Tới năm 204 TCN, chư hầu chia làm 2 phe, nửa theo Hán, nửa theo Sở. Quân Hán và Sở giằng co nhưng Hạng vương chiếm ưu thế hơn.

Hán vương Lưu Bang đóng quân ở Vinh Dương, xây đường ống ra đến Hoàng Hà để lấy lúa ở kho Ngao Thương. Hạng vương mấy lần đem quân đánh cướp đường ống của Hán. Hán vương thiếu lương thực, lo sợ xin hòa, cắt đất từ Vinh Dương sang phía đông về Hán. Hạng vương muốn nghe theo. Á phụ Phạm Tăng nói:

Đối phó với Hán thì dễ thôi! Nay cơ hội này mà không lấy, về sau sẽ hối hận.

Hạng vương bèn cùng Phạm Tăng vây Vinh Dương rất gấp. Hán vương lo lắng, liền hỏi kế Trần Bình. Trần Bình phân tích với Lưu Bang:

Đại vương... có thể rộng rãi đối với người ta về mặt phong tước và cấp đất; cho nên những kẻ sĩ ham lợi phần nhiều theo Hán... Vì đại vương tự thị, khinh người nên không thể thu được những kẻ sĩ thanh liêm, khí tiết, nhưng có thể gây rối loạn ở nước Sở. Kia Hạng vương chẳng qua chỉ có mấy người tôi ngay thẳng là bọn Á Phụ, Chung Ly Muội, Long Thư, Chu Ân mà thôi. Nếu đại vương có thể tung ra mấy vạn cân vàng, làm kế phản gián, ly gián vua tôi họ, để cho Hạng vương nghi ngờ, Hạng vương vốn là người đa nghi, hay tin lời gièm pha thì bên trong thế nào họ cũng sẽ giết nhau. Hán nhân đó đem quân đánh, thì chắc chắn phá được Sở.

Hán vương cho là phải, bèn đem ra bốn vạn cân vàng cho Trần Bình, mặc tùy ý tiêu dùng. Bình đã xuất nhiều tiền, tung phản gián vào quân Sở, phao tin rằng bọn Chung Ly Muội làm tướng của Hạng Vương, tuy lập được nhiều công, nhưng rốt cục vẫn không được cắt đất, phong vương, cho nên họ muốn hợp làm một với quân Hán để tiêu diệt họ Hạng mà chia đất đai nước Sở. Quả nhiên Hạng Vũ vốn đa nghi, không tin bọn Chung Ly Muội.

Hạng vương sai sứ đến Hán, Hán vương sai làm cỗ thái lao[6] đưa lên. Thấy sứ giả của Sở, Hán vương liền giả vờ kinh ngạc nói:

Ta tưởng là sứ giả của Á Phụ, hóa ra sứ giả của Hạng vương!

Bèn sai đem cất cỗ thái lao đi, sai lấy cơm rau đưa ra tiếp sứ giả nước Sở. Sứ giả nước Sở về báo lại với Hạng vương tất cả. Quả nhiên Hạng vương rất ngờ vực Á Phụ, tưởng ông đồng mưu với Lưu Bang. Á Phụ muốn đánh gấp để hạ thành Vinh Dương nhưng Hạng vương không tin ông nên không chịu nghe theo.

Á Phụ nghe tin Hạng vương ngờ vực mình, liền nổi giận nói:

Việc thiên hạ đã xong xuôi cả rồi đấy, Xin quân vương hãy tự làm lấy! Cho phép thần được mang nắm xương tàn trở về làm một người lính.

Hạng vương bằng lòng, không hề tỏ ra quyến luyến ông. Phạm Tăng uất hận, đi chưa đến Bành Thành thì nổi ung ở lưng mà qua đời. Á phụ Phạm Tăng thọ 74 tuổi. Người Tậy Sở lập bia mộ cho ông tại đó, mộ của ông vẫn còn giữ tới hôm nay. Mặc dù vậy, có lời đồn rằng thực ra rằng ông sống ẩn cư tại Thiên Thai.

Mất Phạm Tăng là tổn hại lớn cho Hạng Vũ. Chỉ hơn 1 năm sau cái chết của Phạm Tăng, Hạng Vũ đang ở thế lấn át quân Hán đã bị Lưu Bang đánh bại hoàn toàn, phải tự vẫn ở Ô Giang năm 202 TCN. Tây Sở mất.