公元１９２年正月至三月间，公孙瓒上书朝廷列举袁绍十大罪状，率得胜之师兴兵问罪。两军会战于界桥南二十里，史称“界桥之战”。
公孙瓒一方以步兵三万为方阵，骑兵一万为左右翼，中军以白马义从为左右两校，浩浩荡荡向袁绍杀来。而此时的袁绍仅有步兵数万，唯一能依仗的救命稻草，就是来自凉州的大将麴义。
此人早年和羌人作战，熟知克制骑兵的战法，此战他率领八百步兵手执大盾立于一线，左右配置千张强弩，静候敌人的到来。
战事一开，公孙瓒先派骑兵全面出击，准备一举踏破麴义的防线。麴义不为所动，让士兵安静的伏在大盾后面，等到骑兵还有数十步远的时候，所有人同时起身，扬尘蔽日，大啸冲锋，两翼的千张强弩也雷鸣一般同时发射！公孙瓒的骑兵应弦而倒，死者上千，大将冀州刺史严纲当即阵亡，于是全军败退。麴义随后掩杀，一直追过界桥杀入公孙瓒的大营，将他的余部杀得四散奔逃。
袁绍随后率军追击，距离界桥十余里，眼见公孙瓒已破，于是下马解鞍，不复防备，左右只有强弩兵数十人和大戟士百余人。突然公孙瓒的两千离散骑兵杀到，将袁绍团团围住，弓矢如雨点一般射了过来。袁绍和田丰躲入残垣之中，坚守待援。直到麴义杀了回来，这才捡回了一条命。
界桥之战，是东汉末年各地诸侯争夺地盘明显化的第一次会战，也是步兵、弩兵配合战胜骑兵的经典战例。此战最终以袁绍的胜利告终，但公孙瓒也并未遭到致命的打击，从此河北进入了双雄争霸的阶段。这时公孙瓒麾下尚有赵云、刘备等人，但由于自身的倒行逆施，这些人才又很快离他而去，在和袁绍的战斗中也渐渐处于下风。
公元１９３年冬，刘虞再也无法忍受公孙瓒的所作所为，亲帅十万大军包围了公孙瓒所在的蓟县。然而，刘虞本人根本不会打仗，他爱惜老百姓的茅屋不肯烧毁，于是公孙瓒招募死士，趁着北风纵火焚烧刘虞的大营。
刘虞大败而逃，公孙瓒乘胜追击势如破竹，一路杀到居庸县，三日城破，生擒刘虞和他的家眷。恰逢李傕郭汜入主朝廷，派使者加封二人官职以示拉拢，于是公孙瓒胁迫朝廷使者，以“前与袁绍等欲称尊号”的罪名将刘虞杀害，从此尽得幽州之地，进位前将军，封易侯，假节督幽、并、青、冀四州军事。
杀死刘虞之后，公孙瓒猛志益盛，开始营造自己的独立王国。当时流传着一首童谣：“燕南垂，赵北际，中央不合大如砺，唯有此中可避世。”公孙瓒认为这指的就是易河之畔、辽海之滨的易县，于是在此筑造了宏伟又恐怖的易京要塞。
这是一片由上千座高大碉堡组成的城塞，由外到内共有十圈一眼望不到头的壕沟。每一座碉堡的下面都有高达五六丈的土台，中央最高的土台高达十丈，那就是公孙瓒居住的地方。每一个碉堡里都驻守着士兵，如果要攻打公孙瓒居住的高楼，首先要突破外围十重的壕沟，还有数以千计的碉堡的狙击，当真是金汤之固，易守难攻。
然而，再坚固的城池，也无法守住崩塌的人心。自杀害刘虞之后，公孙瓒继续排挤士人，任用富户商贾，使得地方的共同体秩序土崩瓦解，加重了土地兼并；建造易京又大兴土木，使得被欺压被盘剥的老百姓更加不堪重负，终于激起了有识之士的反抗！
公元１９５年，刘虞之子刘和逃到了袁绍那里，刘虞旧部鲜于辅举起义旗，推举阎柔为乌桓司马，召集胡汉之兵数万人，于潞县之北大破渔阳太守邹丹，斩首数千。乌桓峭王苏仆延也联合族人和鲜卑共七千余骑兵，随同鲜于辅迎接刘和北上。
于是袁绍命麴义和刘和同行，与鲜于辅合兵十万，于鲍丘河畔大破公孙瓒军，斩首二万余。经此一战，公孙瓒元气大伤，只能退守易县。
此时天降旱灾、蝗灾，谷价飞涨，人民相食，幽州各地揭竿而起，公孙瓒大为恐慌，与姬妾藏身于易京高楼之中，筑大铁门，男子七岁以上皆不得入，一切文书都让人放在桶里，用绳子拉上去，并训练嗓门大的女子传令，从此与部下几乎断绝往来。
他在城中积粮三百万斛，自我安慰道：“我昔驱畔胡于塞表，埽黄巾于孟津，当此之时，谓天下指麾可定。至于今日，兵革方始，观此非我所决，不如休兵力耕，以救凶年。兵法百楼不攻。今吾诸营楼樐千里，积谷三百万斛，食此足以待天下之变。
”
公孙瓒的这番话里，带着对失败的不甘，带着对未来的侥幸，还带着对记忆中光辉与荣耀的留恋。当然，也许他也明白，真正的末日已经不远了。
公元１９９年冬季，袁绍亲帅大军围攻易京。公元２００年春，公孙瓒突围中伏，败入城中闭门不出，袁绍军凿通地道，打入中央高台之下，一边挖开土基，一边嵌入木桩。等到挖了一半，一把火烧毁木桩，高台随即坍塌。
公孙瓒自知必败，于是把自己的所有家眷全部杀光，然后引火自焚。他的首级被袁军砍下，后来被送到了许都。历经８年大战，袁绍终于消灭公孙瓒，成为了河北霸主。不过，就在公孙瓒败亡的当年十月，袁绍也在官渡之战中大败，河北霸主的宝座还没坐稳，便拱手让人了。
纵观公孙瓒的一生，无疑是血腥的一生。他虽然曾经受教于大儒卢植，也是顽强对抗胡虏的功臣，但在后来平定张纯张举的行动中不顾大局，不惜杀害乌桓使者破坏刘虞的怀柔政策，其图谋无疑是为了撇开刘虞，割据自立。
这在当时混乱的时局中，本来是司空见惯的事，然而公孙瓒不恤民力，大兴土木，贬抑士族，滥杀居功，这在当时的群雄当中，不能说绝无仅有，也是骇人听闻的。