灵璧之地，亘越千古，遥接洪荒。远古时属徐州地，周时并徐州为青州，春秋时为徐子国，吴灭徐后为宋地，战国时为楚国边境。
“灵璧”之名因楚汉战争而起，因灵璧磬石而就其名。
灵璧建县治于秦汉年间。项羽定都彭城（今徐州），分泗水郡而置彭城郡，“灵壁故小县”为项羽在徐州之南睢水附近为军事需要所设。“灵璧”概取“灵山壁垒，可御强敌”之意。“壁”从土，史家称“壁垒之名也”，古时当为军事要地，《安徽通志》称“项羽屯之处”；“灵”取自灵山。灵山，位于灵璧县夏楼镇境内，西北距徐州约30公里，其主峰海拔189米，东西有次峰呈环抱之势。史上著名的“睢水之战”就发生在故灵璧城东睢水附近。
“垓下之战”是发生在灵璧境内的又一场惨烈战争。据载，公元前203年8月刘邦与项羽订立和约，以鸿沟为界，中分天下，东归楚，西归汉。九月，项羽如约率军东撤。刘邦想撤兵西归，可张良、陈平劝他说：“汉已据天下的大半，诸侯又都归附于汉，而楚军已兵疲粮尽，这正是上天亡楚之时，不如索性趁此机会把它消灭。”刘邦听从了他们的建议，率兵追赶项羽，并和韩信、彭越相约，共击楚军于固陵。汉军从南、北、西三面开赴陈下，对项羽形成合围之势。
项羽被迫向东南撤退。十万人马边战边退，退至垓下（今安徽灵璧东南），筑垒安营，整顿部队，恢复军力，准备背水一战。
公元前202年12月，刘邦率各路大军会师垓下。汉军前中后布置了三重兵力进攻项羽。楚军受挫，项羽被迫入壁而守。韩信遂指挥各路大军将楚军重重包围，命士兵在三注山高喊：“人心皆背楚，天下已归刘。韩信屯垓下，要斩霸王头。”项羽怒不可遏，披挂上阵，率兵出战。韩信佯败后退，项羽紧追不舍，陷入十面埋伏。
项羽损失惨重，率残部退回垓下营垒。为在心灵上瓦解楚军，张良命汉兵在山上高唱楚歌。此时楚军兵力不足万人，兵少粮尽，项羽知大势已去，心中郁闷，夜饮帐中，忽闻四面楚歌，惊恐不解，说：“汉已得楚乎？是何楚人之多也。”
听到熟悉的楚歌，楚军将士思乡之情油然而生，斗志全无，纷纷逃走。面对陪伴他征战8年的爱妻虞姬，项羽思绪万千，慷慨悲歌：“力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝，骓不逝兮可奈何，虞兮虞兮奈若何？”为解除项羽突围的后顾之忧，虞姬以歌和之：“汉兵已略地，四面楚歌声，大王意气尽，贱妾何聊生。”歌罢，刎颈与项羽决别。
项羽匆匆将虞姬掩埋，便乘夜率领800精锐骑兵突围南逃，途中陷入阴陵沼泽，仅剩28骑。项羽率领残兵向南疾走，一路拼杀，行至乌江，自觉无颜见江东父老，乃以短兵与汉兵搏杀，杀汉军数百人，最后自刎身亡，年仅31岁。
汉平天下，灵璧废县制（何时废县失考），属虹县（治所在今五河县西南，后移至今泗县）地。晋属睢州。南北朝之南宋时属泗州。隋属虹县。唐以后之“灵壁”是“於汴之阳”，即现在灵璧县城的位置。清乾隆《灵璧志略》载：“灵璧置镇不知始于何时，当在汴渠既成之后，未有汴则无险可据也。唐高适过阴陵诗‘次灵璧之逆旅，面垓下之遗墟’，彼时灵璧当已置镇”。唐“侨设灵壁驿”，南移50余里，远离“灵山壁垒”，无“灵山”无“壁垒”，后，人们因戏称“零壁”。《宋史》即有“零壁”之说。县名“零壁”到“灵璧”的转变因“灵璧石”而成。
“灵璧石”，古称“八音石”，即“一石八音”之意。远在3000年前殷代就取石作磬，《尚书·禹贡》记载的“泗滨浮磬”即指灵璧境内古泗水之滨磬云山之石。春秋而下，汉、魏、晋、隋、唐，磬石采用渐多，宋朝尤甚。因此，宋哲宗元祐元年(1086)，析虹县之零壁镇置灵璧县，县名仍用镇名。同年七月复为镇。此后，灵璧石盛行天下，文人骚客多据以为宝。
宋时，官方对灵璧石的开采亦达空前规模，《灵璧县志》载：“灵璧石，发于宋，竭于宋”，说明了当时灵璧石开采量之大。
灵璧再次置县，苏轼功不可没。《苏轼文集·卷六十二·奏议八首·乞罢宿州修城状》有记:“元祐七年九月……。一、……乞改零壁镇为县……所有置县费用，情愿自备钱物……”。政和七年（公元1117年），诏改“零壁”为“灵璧”，寓意“山川灵秀，石皆如璧”，故灵璧县也。
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