在曹操大打出手一舉滅掉呂布的同時，袁紹也沒有閑著，他也一舉滅掉了另一個大軍閥：公孫瓚。
只不過他為此付出的代價更沉重。
早在興平二年（195年），袁紹歷時一年之久終於攻破了東武陽城，殺了臧洪。之後，袁紹的主力被吸引至公孫瓚精心構築的易京防線一帶，在這條超級防線面前，袁紹一籌莫展，打不下來，但也不敢放著不打。
易京防線是一條東西綿延數百里的立體防禦網，巧妙地利用河流，以人工壕、人造土丘為依託，在強大的後援保障系統支持下，通過交叉配合，足以將任何來犯之敵消滅於城下。
袁紹試著攻了幾回，收效甚微。袁紹無奈，只得放棄速勝論，改打持久戰。袁紹採取迂迴之策，從公孫瓚的背後和外圍下手，一點點蠶食對方的勢力，最終把公孫瓚壓縮到易水河邊。
為此，袁紹拉來了兩股勢力為自己助陣，一股是忠於劉虞的鮮於輔、閻柔等人，另一股是烏桓首領蹋頓。在他們的幫助下，袁紹才慢慢找到了感覺，在與公孫瓚的較量中逐漸佔據上風。
劉虞死後，他的舊部鮮於輔、齊周、鮮於銀等人繼續堅持反抗公孫瓚的敵後鬥爭。鮮於輔聽說廣陽郡人閻柔很有名氣，就共同推舉閻柔為烏桓司馬，領導幽州西北部一帶反抗公孫瓚的各路勢力。
閻柔是個漢人，小的時候被烏桓、鮮卑人俘虜，在少數民族中長大，熟悉這些民族的語言和風俗，得到部族首領的信任。擔任烏桓司馬後，他率領反公孫瓚的武裝，活躍於代郡、廣陽郡、上谷郡、右北平郡等地，攻殺公孫瓚任命的官員。
閻柔、鮮於輔還聯合劉虞的兒子劉和，利用劉虞的召號力不斷打擊公孫瓚。袁紹派人找到閻柔、鮮於輔，策應他們的鬥爭，並派麹義支援他們，雙方聯合作戰，曾取得潞河之戰的勝利，斬殺了公孫瓚的部將鄒丹以下四千餘人。
袁紹的另一支援軍是烏桓人。
烏桓在有的書上也寫做烏丸，跟鮮卑族同是東胡部落的一支。公元前三世紀，匈奴崛起，攻破東胡，烏桓這一支遷到烏桓山，即今天的西拉木倫河兩岸及歸喇里河西南地區，該族遂以山名為號。
西漢與匈奴開戰後，烏桓族站在漢朝廷一邊，後來南遷到上谷郡、漁陽郡、右北平郡等塞外之地，生活在今遼河下游、山西和河北的北部以及內蒙古河套一帶。東漢末年，烏桓有三個主要首領，分別是丘力居、難樓、蘇仆延。丘力居死後，他的兒子樓班年齡太小，由侄子蹋頓繼位，這是烏桓歷史上最有名的首領之一，他開啟了烏桓族的新時代。
在蹋頓之前，烏桓族沒有形成統一的聯盟，三個主要首領都稱王，各自為戰。蹋頓有勇有謀（有武略），很快統一了各部，成為北部邊境一股重要的勢力。
在袁紹與公孫瓚交戰中，蹋頓經過觀察，發現袁紹更有前途，於是主動聯絡，請求和親，幫助袁紹進攻公孫瓚。《英雄記》稱，袁紹矯詔拜蹋頓等烏桓首領為單于，讓他們從北面進攻公孫瓚。
袁紹得到北部少數民族部族首領的支持，又有閻柔等漢人武裝作呼應，對公孫瓚形成了南北夾擊之勢。
公孫瓚的傳統盟友，一個是袁術，遠隔千山萬水不說，而且已經自身難保，根本指望不上；一個是陶謙，已經身死眾散；還有一個是自己的老同學劉備，但此時被呂布欺負得自顧不暇。在袁紹凌厲的攻勢面前，公孫瓚只有龜縮到易水河畔那些高大的堡壘里不出來。
唯一可能被公孫瓚引為外援的，是黑山軍首領張燕。公孫瓚派人策動張燕，倒沒費什麼勁，張燕表示同意站在自己一邊。
在袁紹的左翼綿亘著大片的山陵和高原，這就是并州。黃巾軍的余部黑山軍活躍在這些山谷之間，袁紹為了統一河北進而統一併州，與他們發生了軍事衝突，由於地形的關係，袁紹打他們並不是很順手，拖拖拉拉，一直處於你來我走、你走我擾的狀態。
黑山軍視袁紹為敵人，於是跟公孫瓚結成了盟友。到建安四年（199年）初，也就是曹操下邳之戰剛結束準備回師時，公孫瓚在易水河畔的堡壘也所剩不多了，他派兒子公孫續到張燕那裡搬救兵。
張燕倒也不含糊，於這一年的三月集合所部，號稱十萬人，分三路來救公孫瓚。援兵快到時，公孫瓚做了一個夢，夢見昔日的大本營薊縣城門崩塌，這是一個大凶之兆。公孫瓚感到最後的時刻到了，必須絕地反擊，他想趁援軍到來之際，給袁紹來個內外夾擊（欲內外擊紹），於是寫了封信給兒子公孫續，悄悄派人送出易京。
這封信保存在《典略》一書中。公孫瓚在信里對兒子說：袁紹的進攻神出鬼沒（似若神鬼），雖然有易京高大的堡壘作支撐，但也弄得我心驚肉跳（鼓角鳴於地中，梯衝舞吾樓上）。現在應該趕緊通知張燕，大軍到後在北面燃起烽火（到者當起烽火於北），我看到烽火，就從裡面殺出來。公孫瓚的兒子公孫續事迹不詳，但公孫瓚對這個兒子顯然還不夠特別放心，因為在信里他還有這樣幾句話：現在必須奮力一搏了，不然的話，我死之後，天下雖大，你要想安身立命，恐怕也難以做到！
要命是的，這封重要的信竟然落到了袁紹偵察兵（候者）的手裡。袁紹看到信，讓人如期在北邊燃起烽火。公孫瓚以為救兵到了，於是從堡壘里殺出來，結果中了袁紹的埋伏。
公孫瓚大敗，趕緊退回堡壘中，依靠堅固的城防繼續苦守。但即便到了如此危局，易京仍固若金湯，袁軍居然奈何不了。
據《英雄記》說，袁紹的參謀們想出一招，一邊正面佯攻，一邊分出一部分人挖地道（分部攻者掘地為道），一直挖向公孫瓚住的超級堡壘易京的下面。這條隧道應該挖得很長，在沒有任何先進儀器指引的情況下，施工難度可想而知。
袁紹的工兵一面向前掘進，一面用木頭支撐巷道，跟現在開挖平峒式小煤窯的工序差不多。經過測算，估計挖到易京的正下方時，他們停了下來，儘可能擴大掘進面，在公孫瓚的屁股底下掏出個大洞來，不斷用木頭加固，差不多以後，開始放火，人員撤離。
支撐的木頭被燒壞，支架坍塌，不可一世的易京終於倒了。
在易京倒掉的同時，公孫瓚知道大勢已去，殺死老婆孩子，然後自殺。袁軍攻入易京，找到了公孫瓚的屍體，袁紹下令將其首級砍下，呈送許縣。
建安三年（198年）十二月，曹操在下邳殺了呂布。僅三個月後，袁紹在易京便殺了公孫瓚。雖不是巧合，卻預示著群雄兼并步伐的加快。
公孫瓚的人頭送到許縣時，曹操應該已經回來了。據曹操後來跟鮮於輔的一次談話記載，他曾親自看了看公孫瓚的人頭，這是曹操第一次看到公孫瓚的長相，在此之前他們並未見過面。
袁紹把公孫瓚的人頭送來，跟後來孫權殺關羽卻把關羽的人頭送給曹操有同樣的算計：人是我殺的，卻是奉你的命令行事，想給公孫瓚報仇的兄弟們，你們都找曹操去吧。
當然袁紹的用意不僅如此，他還為了炫耀和示威。曹操殺呂布威震中原，袁紹殺公孫瓚更足以威震華夏。
袁紹消滅公孫瓚有著重要的政治意義和軍事意義，自此以後，北方的幽州、冀州全部以及并州、青州、司隸校尉部的一部分盡入袁紹的掌握中。
《典略》說，袁紹有了幾個州的地盤，用審配、逢紀統領軍事，田豐、荀諶、許攸為謀士，顏良、文丑為大將，手下有十幾萬軍隊，於是更加自高自大，也不怎麼好好地向朝廷進貢了（自此紹貢御希慢）。
呂布、公孫瓚死了，但這只是個開頭，在天王巨星級的割據群雄里，馬上還有兩位也要追隨他們而去。
建安三年（198年）到四年（199年）的這段時間，註定成了英雄競相謝幕的時刻。