起义军将领田臧与假王吴广意见不合，假借陈胜之名杀害了吴广，结果导致这支起义军部队全军覆没，形势就此开始逆转。

起义军内部的弱点和矛盾逐渐暴露出来。一方面，陈胜称王后，其思想逐渐发生演变，与群众的关系日益疏远。比如早先和陈胜一起给地主种田的一个同乡听说他做了王，特意从登封阳城老家来陈县找他，敲了半天门也没人搭理。直到陈胜外出，拦路呼喊其小名，才被召见，一起乘车回宫。因是陈胜的故友，所以进进出出比较随便，有时也不免讲讲陈胜在家乡的一些旧事。

不久有人对陈胜说：“您的客人愚昧无知，专门胡说八道，有损于您的威严。”陈胜便十分羞恼，竟然把“妄言”的伙伴杀了。当年所说的“苟富贵，勿相忘”的话早抛到了九霄云外。自此以后，各位陈胜的老朋友都自己离开了，从此再没有亲近陈胜的人了。

另一方面，随着反秦斗争的开展，队伍内部的离心倾向也在滋生蔓延。陈胜派往各地的将领各存异心，争相称王，起义军内部公开。如北征的武臣自立为赵王，蜕变为割据头目。其部将韩广在攻略燕地后也自立为燕王。攻取魏国旧地的周市虽未自立为王，却立了魏国后裔宁陵君魏咎为王，而自任魏相，割地自保。与此同时，群起响应的各地英豪也不再听陈胜节制，直接孤立了作为反秦主力的陈胜“张楚”政权，给了秦军反扑的机会。

秦将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，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。

陈胜任命朱房做中正，胡武做司过，专门督察群臣的过失。将领们攻占了地方回到陈县来，命令稍不服从，就抓起来治罪，以苛刻地寻求群臣的过失作为对陈王的忠心。凡是他俩不喜欢的人，一旦有错，不交给负责司法的官吏去审理，就擅自予以惩治。陈王却很信任他们。将领们因为这些缘故就不再亲近依附他了。这就是陈王所以失败的原因。

陈胜被害，激起其旧时侍从、将军吕臣极大悲愤。他在新阳（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。原奉命东下发展的部将召平，也假借陈胜名义，拜原楚国名将项燕的儿子项梁为上柱国，使之渡过乌江，西上击秦。反秦斗争再次恢复生机。

陈胜从谋划起义，到称王立国，再到兵败被害，前后不过半年时间，但他点燃的反秦烈火烧红了大半个中国。“陈胜虽死，其所置遗侯王将相竟亡秦，由涉首事也。”三年后，刘邦领导的农民起义军杀入咸阳，推翻了暴秦统治，中国历史上第一次大规模农民战争最终取得了胜利。

陈胜死后，被辗转埋葬在芒砀山主峰西南。刘邦称帝后，追封陈胜为“隐王”，派30户丁役守护陈胜墓，并按王侯待遇对陈胜年年杀牲祭祀。