家全部斬盡殺絕，正要意氣風發地接收幽州軍政大權時，袁紹派顏良為大帥，文丑、麴義為副，帶著五萬大軍進犯幽州。
雖然公孫瓚接收了劉虞的殘兵敗將後也有四五萬人，但之前攻城時損耗太多，此時這四五萬人還沒磨合過來，幾乎就是烏合之眾。公孫瓚倉促應戰，屢戰屢敗，被冀州軍一路追殺到了遼西郡北部區域。
就在此時，之前敗走的鮮卑、烏桓、烏丸等數千外族騎兵又打著給劉虞報仇的旗號殺了回來，與冀州軍前後夾擊，將公孫瓚打得丟盔棄甲，最後只剩千餘人躲回遼西郡治所陽樂城中堅守，苟延殘喘。
部下勸公孫瓚向袁軍投降，但公孫瓚不僅不聽，還殺了勸他投降的人，於是眾叛親離，連自己的親兵都逃跑了許多。
自料必敗的公孫瓚於是在初平四年冬天的某個夜晚縊殺了自己的家眷後引火自焚，幽州一代諸侯自此落幕。
鮮卑、烏桓、烏丸等外族不敢招惹袁紹大軍，見公孫瓚已死，劉虞大仇得報，於是自行退去，袁紹由此盡得幽州全境。
在收攏了公孫瓚、劉虞的殘兵敗將後，袁紹大軍手下大軍已逼近20萬大關。
本來是沒這麼多的，但看到張循吸收了青州黃巾後兵力暴漲到20多萬，袁紹緊迫之下也開始在冀州橫徵暴斂、強拉壯丁，以備大戰，因此在冀州就有了十多萬的兵力。再加上幽州的數萬，因此兵力得以逼近20萬大關。
但即使如此，袁紹也不認為自己能與張循對拼，他還要拿下青州、徐州，並與袁術、劉表、李傕等人聯合，才有擊敗張循的可能性。