Từ khi Sở Hoài vương được lập, hào kiệt các nơi kéo về hưởng ứng Hạng Lương rất đông và đây trở thành lực lượng chống Tần mạnh nhất.

Hạng Lương liên tiếp đánh thắng được tướng Tần là Chương Hàm mấy trận, có ý kiêu căng, bị Chương Hàm đột kích giết chết ở Định Đào. Sử không chép rõ khi đó Phạm Tăng có đi cùng Hạng Lương hay ở bên cạnh Sở Hoài vương. Quân chủ lực của Sở tan rã. Hạng Vũ, Lưu Bang vội cùng Lã Thần kéo về đông hợp binh với Sở Hoài vương.

Sau khi củng cố lại lực lượng, Hoài vương chia quân đánh Tần, giao cho Lưu Bang tiến thẳng về tây đến Hàm Dương, còn Tống Nghĩa và Hạng Vũ lên phía bắc đánh đạo quân chủ lực của Chương Hàm đang vây nước Triệu. Phạm Tăng được làm chức mạt tướng đi cùng Tống Nghĩa.

Tống Nghĩa muốn trì hoãn cứu Triệu, bị Hạng Vũ giết chết cướp quyền. Phạm Tăng đi theo Hạng Vũ cứu Triệu, đại phá quân Tần, bắt sống Vương Ly, giết Tô Giác và Thiệp Nhàn. Đó chính là Trận Cự Lộc nổi tiếng cuối thời nhà Tần.

Sử không chép rõ việc Phạm Tăng có bày mưu kế cho Hạng Vũ đánh thắng quân Tần hay không, nhưng tới khi quân Hạng Vũ tiến vào Hàm Dương thì Sử ký ghi Phạm Tăng đã được Hạng Vũ phong làm đại tướng quân, tôn làm Á phụ[3]. Điều đó chứng tỏ ông có vai trò đóng góp nhất định đối với việc đánh thắng quân Tần, xoay chuyển cục diện chiến trường giữa Sở và Tần, quyết định sự diệt vong của nhà Tần.