袁绍占据冀州后，封了韩馥一个奋威将军的空头衔，将他架空。之后又任命谋士沿授为奋武将军，监护诸将，收罗了审配、田丰，许攸、逢纪、荀谌等人作为谋士。公孙瓒本是袁绍招来夺取冀州的，这时看袁绍轻易夺取了冀州，心中很是恼怒。这时，他的弟弟公孙越又被袁绍的军队射死，他便以报仇为借口，提师南下进攻袁绍。战争一开始，由于袁绍颜得冀州，立足未稳，因此，冀州的官吏望风归附公孙瓒，形势对于袁绍十分不利。不过公孙瓒并算不上什么强劲的对手。袁绍亲自带兵迎敌，居然肖战就把他给打败了。双方的会战是在界桥之南20里展开的。公孙瓒当时派出3万精锐；袁绍则派麹义率8000精兵左打头阵，并派弓弩作为掩护，自己带兵数万于阵后接应。公孙瓒见袁军兵少，便有轻敌之意。但麹义久在凉州，熟悉羌人的作战方式，所带的只也个个晓勇。他命令军队起初都伏在山上不动，等到公孙瓒的军队距离不到十几步时，同时起身，呐喊冲锋，结果，公孙瓒的军队冲来时，袁军千弩齐发，公孙瓒大败。麹义还直追杀到公孙瓒营中，拔掉了他的军旗，追得公孙瓒的残兵败将四散奔逃。
能打败公孙瓒，袁绍非常高兴，他回军薄落津，与宾客沟将欢宴庆贺。但就在这时，传来一个坏掉消息：魏郡有人发动叛变，农民军士一起攻破邺城，杀死了太守。当时袁绍及其于下许多人的家属都在邺城，得知这个消息非常惊慌。过这时袁绍的表现还算差强人意。他强作镇定，迅速派兵前往斥丘，任命陶升为建义中郎将，率军进入朝歌鹿肠山去Ｉ寸伐丁毒。袁军围攻，攻破广于毐的营垒，杀死于毒及芄部众万余人。攻破并历杀了农民军刘石、宵一卞角等部，最后与黑山军的首领张燕展开了激战。张燕的军队实力很强，这时虽然舍兵畋米投袁绍的吕布加人战团，但还楚没有能取胜。在双方损失都很重的情况下，袁绍只得退坯邺城，败走的公孙瓒并没有死心，不久他又率兵来进攻。袁绍又在龙凑将他打得大败。公孙瓒一时讨不到便宜，只好退回幽州。留卜青州刺史田楷、袁绍纠缠公孙瓒退冋幽州后，杀死了和自己长期不和的幽州刺史刘虞，独霸幽州。刘虏深得百姓及其属下的爱戴，加之公孙瓒此时又骄横残芜。因此刘虞原来的部下鲜于辅等人率领州兵，纠合乌拟、鲜卑数万人共同起兵反对公孙瓒。袁绍趁机也派麹义前去助战，公孙瓒这次被打得惨败。损失军队2万多人，加上代郡、广阳等地也纷纷起来响应鲜于辅，公孙瓒就益发败得不讨收拾。最后他躲在自己在易京筑好的围堑之内，小敢洱出战。公孙瓒的这座围堑十分高大坚固，其中又筑有丈高楼。储粮3万斛。因此公孙瓒以为自己可以在一边高枕无忧。仳没想到袁绍在久攻不下之，派人挖地道钻到了他的楼下。先以木柱支搾地道顶，等到挖得差不多，又放火烧柱，这样楼也随之倒塌。公孙瓒无计可施只好将家属全部溢死，自己也想要引火自焚，但还没来得及点火。被袁绍派来的兵士杀死。
袁绍与公孙瓒住幽州交锋之时。也曾派长子袁潭进攻公孙瓒所属的青州刺史田楷，严后袁谭也占有了靑州。消火公孙瓒之后袁绍又派二儿子袁熙做了幽州剌史，外甥高览做了并州刺史。这样，袁绍就拥有了冀、幽、青、并四州，地广兵多，成为称雄北方的大军阀。