刘虞的儿子刘和在长安担任侍中。汉献帝思念故土，渴望东归洛阳，便让刘和假装逃离董卓的控制，偷偷出武关，前往幽州找刘虞，让他带兵前来接应。刘和在途中经过袁术的地盘，便将天子的想法告诉了袁术。袁术心里打着自己的小算盘，他觉得刘虞手握重兵，如果能拉他做自己的援手，那对自己将来的发展大有好处，于是就把刘和扣留下来，还许下承诺，等刘虞的兵马到了，就一起西进迎接天子，同时让刘和写信给刘虞。 刘虞收到儿子的信后，没有丝毫犹豫，立刻派出数千骑兵前去接应。公孙瓒却看出了袁术的野心，他觉得袁术不怀好意，不想让刘虞派兵，便极力劝阻。可刘虞一心想着迎接天子，根本不听公孙瓒的劝告。公孙瓒担心袁术知道自己阻拦派兵后会怨恨自己，于是也派堂弟公孙越率领一千骑兵前往袁术处，表面上是去结交，实际上却暗中指使袁术扣押刘和，夺取刘虞派来的兵马。从那以后，刘虞和公孙瓒之间的矛盾越来越深。刘和好不容易从袁术那里逃出来，向北而去，结果又被袁绍给扣下了。
与此同时，袁术派孙坚驻扎在阳城抵御董卓，袁绍却派周昂去抢夺阳城。袁术大怒，派公孙越和孙坚一起攻打周昂。双方一场恶战，公孙越不幸被流箭射中，当场身亡。公孙瓒得知堂弟死讯，悲痛欲绝，愤怒地吼道：“我弟弟的死，都是袁绍造成的！此仇不报，我誓不为人！”于是，他亲自率军驻扎在磐河，准备找袁绍报仇。
袁绍得知公孙瓒来势汹汹，心里害怕极了。为了拉拢公孙瓒，他把自己佩戴的勃海太守印绶交给公孙瓒的堂弟公孙范，让他去勃海郡上任，希望以此来换取公孙瓒的支持。公孙范到了勃海郡后，立刻率领勃海的兵马帮助公孙瓒。公孙瓒的实力大增，他先是打败了青州、徐州的黄巾军，士气大振，接着又向界桥进军。
公孙瓒越想越气，觉得袁绍罪行累累，不可饶恕，于是上表朝廷，列举了袁绍的十大罪状。大意是说袁绍凭借先辈的功绩，窃取官职，生性残暴，行为淫秽。以前担任司隶校尉时，正值国家动荡，他不但不匡扶正义，反而谄媚权贵，导致丁原焚烧孟津，招来董卓，种下了祸根；董卓进京后，他又弃君而逃，有辱朝廷的任命；身为勃海太守，他不顾国家危难，扩充自己的势力，还抢夺百姓财物；他逼走韩馥，窃取官位，伪造诏书；与崔巨业勾结，攻掠郡县；杀害有功之臣；横征暴敛，害死无辜之人；出身低微，却占据高位，辱没了袁氏家族；还抢夺孙坚的豫州刺史之位，导致董卓未能被及时诛杀。公孙瓒在表中言辞激烈地表示，自己虽能力有限，但受朝廷之恩，肩负重任，定要奉天子之命，讨伐袁绍。
表章一上，公孙瓒便迫不及待地出兵，与袁绍展开对战。袁绍这边也不甘示弱，他把军队驻扎在广川，派大将麹义打头阵。麹义作战勇猛，率领士兵一马当先冲向公孙瓒的军队。这一战，麹义大显神威，不但打败了公孙瓒的军队，还生擒了公孙瓒任命的冀州刺史严纲。公孙瓒的军队节节败退，一直退到勃海郡，他只好和公孙范一起退回蓟城。回到蓟城后，公孙瓒在大城东南修筑了一座小城，与刘虞的住处离得很近，两人之间的怨恨也越来越深。
刘虞眼见公孙瓒日渐骄横，行事愈发肆无忌惮，心中忧虑不已，深恐他会在幽州掀起更大的祸乱。公孙瓒此前就常与刘虞意见不合，还截留刘虞赏赐给胡人的财物，刘虞多次邀他议事，他都称病不来。如今公孙瓒势力坐大，刘虞深知若不加以遏制，后果不堪设想。
一番思索后，刘虞决定先下手为强，暗中集结兵力，准备突袭公孙瓒。东曹掾魏攸得知此事后，赶忙劝阻刘虞：“如今天下百姓都将您视为依靠，您身边的谋臣和武将至关重要。公孙瓒有勇有谋，虽然有些小毛病，但当下还是应该暂且容忍他。”刘虞听后，觉得魏攸说得在理，便暂时放弃了行动。
然而，命运弄人，一年后魏攸不幸染病身亡。刘虞没了可以商量的人，心中的担忧又重新涌上心头。他与下属商议后，决定再次谋划袭击公孙瓒。这次，他秘密集结部队，准备给公孙瓒来个措手不及。
可公孙瓒也不是吃素的，他耳目众多，察觉到刘虞的异动后，心中大惊。当时，他的大部分军队都分散在外地，身边兵力空虚，他担心自己抵挡不住刘虞的进攻，慌乱之下，甚至打算掘开东城门逃跑。
刘虞这边，虽说集结了不少兵力，但这些士兵平日里缺乏训练，毫无战斗经验，队伍也不成章法。而且刘虞心怀仁慈，他爱惜百姓房屋，再三叮嘱士兵不许纵火。这一命令虽然体现了他的爱民之心，却也给了公孙瓒可乘之机。
公孙瓒见刘虞的军队如此松散，心中一喜。他趁着刘虞军队不备，果断下令放火，火势迅速蔓延开来。紧接着，他亲率精锐部队，借着大火的掩护，向刘虞的军队发起猛烈冲击。刘虞的军队顿时阵脚大乱，士兵们四处逃窜，根本无法组织起有效的抵抗。这场战斗很快就以刘虞的惨败告终，他无奈之下，只好带着残兵败将逃出蓟城，奔向居庸关。
公孙瓒怎会轻易放过刘虞，他乘胜追击，一路追到居庸关下。居庸关虽地势险要，但在公孙瓒的猛烈攻击下，很快就被攻破。刘虞和他的家人都被公孙瓒生擒，公孙瓒得意洋洋地将刘虞押回蓟城。
就在这时，传来了董卓被杀的消息。汉献帝派使者段训前来，给刘虞增加食邑，让他都督六州军事，同时封公孙瓒为前将军，赐爵易侯。公孙瓒本就对刘虞心怀怨恨，如今更是担心刘虞会借机报复，于是一不做二不休，诬陷刘虞想要称帝，还威胁段训将刘虞斩首。行刑当日，公孙瓒将刘虞绑在集市上，还假惺惺地说：“要是你真该做天子，上天就该降雨救你！”当时正值盛夏，酷热难耐，一整天都没有下雨，公孙瓒见状，便残忍地杀害了刘虞。刘虞的死讯传出，许多忠义之士悲愤不已，像故常山相孙瑾、掾张逸、张瓒等人，纷纷痛骂公孙瓒，最后与刘虞一同赴死。
公孙瓒除掉刘虞后，更加肆无忌惮。他上表朝廷，让段训担任幽州刺史，自己则独揽幽州大权。此时的他，变得骄傲自大，心胸狭隘，只记得别人的过错，却对别人的好处视而不见，还杀害了不少无辜之人。他瞧不上那些出身名门的子弟，认为他们一旦富贵，就会觉得理所当然，不懂感恩。反而对一些平庸之辈宠爱有加，像以前靠占卜为生的刘纬台、贩卖丝绸的李移子、商人乐何当等人，他与这三人结拜为兄弟，还自称为伯，把他们当作自己的心腹。这几人靠着公孙瓒，个个富可敌国，公孙瓒甚至还把他们的女儿许配给自己的儿子，常常将他们比作古代的曲周侯郦商、颍阴侯灌婴。
刘虞的旧部渔阳人鲜于辅、齐周，还有骑都尉鲜于银等人，得知刘虞被杀的噩耗后，悲痛欲绝，发誓要为刘虞报仇。他们知道燕国的阎柔在乌丸、鲜卑部落中素有威望，便共同推举阎柔为乌丸司马。阎柔果然不负众望，他四处奔走，凭借自己的恩信，召集了胡、汉数万人马。随后，阎柔率领这支大军，与公孙瓒任命的渔阳太守邹丹在潞北展开激战。这场战斗打得异常激烈，阎柔的军队士气高昂，勇猛无比，最终大破邹丹的军队，邹丹也在乱军中被斩杀。
袁绍得知此事后，觉得这是个削弱公孙瓒的好机会，便派麹义与刘虞的儿子刘和，率领军队与鲜于辅等人会合，共同攻打公孙瓒。公孙瓒接连遭遇败仗，损兵折将，无奈之下，只好退回易京，打算凭借坚固的城防死守。
早在之前，民间就流传着一首童谣：“燕南垂，赵北际，中央不合大如砺，惟有此中可避世。”公孙瓒认为易京就是童谣中所说的避难之地，便在这里大兴土木，修筑防御工事。他在易京城外挖掘了十重壕沟，在壕沟内修筑了许多高五六丈的土丘，还在上面建造了高楼。在最中间的位置，他特意修筑了一座高达十丈的土丘，自己就住在里面。同时，他还储备了三百万斛粮食，心想：“以前觉得天下大事可以轻易掌控，如今看来，却不是我能决定的。不如先休养生息，好好种地囤粮。兵法上说，百楼不攻，我现在有这么多高楼防御，等把这些粮食吃完，天下局势说不定就明朗了。”他企图以此来拖垮袁绍。
袁绍自然不会轻易放弃，他派将领率军不断攻打易京。然而，公孙瓒的防御工事太过坚固，袁绍的军队围攻了好几年，都没能攻克。