後來孫堅進攻董卓尚未返回豫州，袁紹以會稽的周昕為豫州刺史，想奪取孫堅的地盤，袁術引兵擊退周昕。
袁紹想立漢宗室劉虞為帝，使人報術，希望得到袁術支援。
但是袁術觀漢室衰微，早已心懷異志，不願意擁立成年的漢朝皇帝，於是託辭公義不贊同袁紹的提議，兄弟兩人因此積怨翻臉。
當時孫堅進攻董卓尚未返回，袁紹以周昕為豫州刺史，想奪取孫堅的地盤，袁術引兵擊退周昕。
此後袁術轉而與公孫瓚以及陶謙結盟，與袁紹相互爭霸。但是群雄大多依附袁紹，袁術怒罵他人寧可追隨自己“家奴”（指庶出的同父兄長袁紹）也不追隨自己，還寫信給公孫瓚說袁紹不是袁氏子孫。
袁紹於是聯合劉表，想南北鉗制袁術，術乃召回孫堅率軍攻打劉景升，不久後孫堅征討劉表時戰死。
為了消滅袁紹的盟友曹操，袁術聯同朝廷任命的兗州刺史金尚揮軍攻擊兗州。
術屯軍於封丘，之後又有黑山賊的餘部以及匈奴於扶羅等助戰，與曹操戰於匡亭，但是大敗。
袁術退保雍丘，南迴壽春，守將陳瑀不讓其入城，袁術退守陰陵，集合軍隊攻擊陳瑀，陳瑀逃回下邳。
袁術又率領餘部前往九江郡，殺死了揚州刺史陳溫而自領揚州牧，又兼稱徐州伯，封部將張勳、橋蕤為大將軍。
李傕等攻入長安後，想結交袁術，於是授左將軍，假節，進封陽翟侯。
並派遣太傅馬日磾到各地給受封的將軍侯爵舉行拜授儀式，袁術搶了馬日磾所攜的軍中符節，然後把他關押起來不再放他回去。
公元194年（興平元年），袁術攻徐州，與劉備相持於盱眙、淮陰。
後呂布趁機奪取徐州，袁術於是打敗了劉備，佔領了徐州廣陵等地。
以吳景為廣陵太守。公元195年（興平二年）春正月，曹操軍臨武平，袁術所置陳相袁嗣降。
據《魏略》記載，曹操一次外出時遇袁術部曲追殺，幸得曹真（原名秦真）之父秦邵（字伯南），冒名頂替，袁術部曲誤以為他就是曹操，遂殺之而去，使曹操躲過一劫。（在此之前，秦真被曹操認為義子，改名曹真。）
袁術一直認為袁姓出自於陳，陳是舜之後，以土承火，得應運之次。
又以為讖文雲：“代漢者，當塗高也。”說的就是自己，故袁術獲得玉璽後，常有稱帝的野心。
公元195（興平二年）冬，叛將李傕和郭汜在弘農郡的曹陽澗一帶追擊漢獻帝及公卿百官，保護獻帝和獻廷的楊奉被叛軍打敗，獻帝隻身逃到黃河北邊去了。
袁術以為時機已到，召集部屬們開會說：“如今劉氏天下已經衰微，海內鼎沸，我們袁家四代都是朝中重臣，百姓們都願歸附於我。我想秉承天意，順應民心，現在就登基稱帝，不知諸君意下如何？”
眾人聽了，誰也不敢再說什麼，只有主簿閻象發言道：“當年周人自其始祖后稷直到文王，積德累功，三分天下可說有他們的兩分，可他們還是小心翼翼地做殷商王朝的臣子。明公您雖然累世高官厚祿，但恐怕還比不上姬氏家族那樣昌盛；眼下漢室雖然衰微，似乎也不能與殘暴無道的殷紂王相提並論吧！”
袁術聽了閻象這番話不吭聲，心裡卻是非常惱怒。
時過不久，河內人張鮍為他卜卦，說他有做皇帝的命，他以此為理由，於公元197年（建安二年）在壽春稱帝，建號仲氏，置公卿，祠南北郊。
（《後漢書·袁術傳》：“建安二年，因河內張烱符命，遂果僭號，自稱仲家。”）袁術稱帝后，任命九江太守為淮南尹，廣置公卿朝臣，還在城南城北築起皇帝祭祀天帝所用的祭壇。生活上他奢侈荒淫，揮霍無度。
後宮妻妾有數百人，皆穿羅綺麗裝，精美的食品應有盡有，而他軍中計程車兵卻處於飢寒交迫的狀態。
在他的**統治下，江淮一帶民不聊生，許多地方斷絕人煙，饑荒之中甚至出現人吃人的現象。
同時袁術稱帝的行為，被天下諸侯所不齒，袁術等於成為了大家的敵人，不久就接連遭到孫策、呂布、曹操三方的叛盟與打擊。
首先是孫策在江東脫離袁術而自立，逐走袁術任命的丹楊太守袁胤，並連帶使得袁術的廣陵太守吳景、將軍孫賁在收到孫策的書信後棄袁術投孫策（兩人皆是孫策親戚），使得袁術喪失廣陵、江東等大片土地，勢力為之一挫。
其次是呂布大敗袁術軍，在淮北大肆抄掠；第三是曹操在袁術入侵陳