初平四年（公元193年），袁紹和公孫瓚接受朝廷調解各自罷兵，同年，公孫瓚率軍撤回幽州，就殺害了名震天下的太傅、幽州牧劉虞。公孫瓚誅殺劉虞雖然獨占了幽州，但引起了巨大的負面影響。劉虞地位尊崇，德高望重，不僅是長安朝廷的依靠，又受到關東各勢力的認可，還得到幽州軍民、塞外鮮卑垣等少數民族的一致擁護。
首先，公孫瓚把自己推到了叛逆之列。在此之前，公孫瓚北抗鮮卑，南伐黃巾，可以說，得到了東漢朝廷的充分肯定，即便是後來與袁紹爭奪冀州，也是事出有因，都容易被人理解。過去，孫堅也曾誅殺荊州刺史王叡、南陽太守張咨，但都是託名他們不配合反董行動，而且，二人的名望遠在劉虞之下，從此之後，東漢朝廷已經將公孫瓚等同於袁術、楊奉、韓暹等人視為叛逆。
其次，公孫瓚失去了幽州軍民之心。劉虞被殺後，劉虞的從事漁陽鮮于輔、齊周、騎都尉鮮于銀（曾與田疇一起前往長安）等人，率領州兵打算替劉虞報仇，以燕國閻柔素有恩信，遂共推閻柔為烏丸司馬（應劭《漢官儀》稱∶「護烏丸校尉有司馬三人，秩六百石」）。閻柔招誘烏桓、鮮卑人聚集了數萬人馬，與公孫瓚為敵。閻柔，廣陽（今北京市房山區）人，從小流落在烏桓部落中，深受烏桓人的信任。閻柔在被推舉為烏丸司馬後，又誅殺了護烏丸校尉邢舉，取而代之。
再次，給袁紹一個絕佳的藉口。曹操基於無暇北顧，極力避免與袁紹發生正面衝突，正想把袁紹的注意力吸引到其他方向，袁紹要想南下與曹操爭奪天下，也必須安定自己的後方，而公孫瓚誅殺劉虞，不僅給了曹操將袁紹這股禍水引向幽州的口實，也給了一直覬覦幽州的袁紹一個很好的藉口，可以堂而皇之地以朝廷之名討伐公孫瓚。
過去，在幽州有童謠稱∶「燕南垂，趙北際，中央不合大如礪，惟有此中可避世。」公孫瓚認為易縣（今河北省易縣）就是童謠中說的那個萬全之地，遂鎮守易縣。他下令在易縣城外構築了十道壕溝，壕溝環繞之內又構築了數千個巨大的土丘，全部高五六丈，在土丘上又修築了高樓，其中，居中的土丘最高，高達十丈，在裡面囤聚了三百萬斛糧食，公孫瓚就居住其中。《英雄記》稱∶「瓚諸將家家各作高樓，樓以千計。」公孫瓚在自己居住的高樓上安裝了大鐵門，樓內只允許妻妾們在內居住，凡是七歲以上的男子均不得入內。所有的公文全都用繩索吊上來，公孫瓚還命樓內的姬妾、婦女練習大聲傳話，能讓數百步以外的人都能聽清楚，以傳達他的指示。
原本公孫瓚重視農業生產，大興屯田，休養生息，靜待時機，這一策略並不錯，但任何事情都不能做過了頭。亂世之中，自己不主動出擊，天上不可能掉下餡餅，也不可能打出一片屬於自己的天地來。而如今，公孫瓚仿佛被徹底打怕了，與曾經叱吒風雲的他就像是換了一個人，變成了一個徹頭徹尾的縮頭烏龜，整日龜縮在自己的碉堡里，既不見賓客，也不親近左右，他手下的謀士猛將看不到前途，逐漸離開了他，從此以後，公孫瓚更是很少派軍出戰，這當然是在自取滅亡。
公孫瓚的部將被敵人包圍，公孫瓚卻不發兵相救，他有他自己的一套歪理∶ 「我救他一人，以後，再出現這種情況，守將就不會誓死力戰了；如今，我不去救援，以後的守將想到這就會作困獸之鬥了。」因此，在袁紹發兵北上之時，公孫瓚在南部邊境的守軍自忖無力抵敵，又知道沒有救兵，紛誅殺自己的上司投降，致使袁紹軍隊很快就進入幽州腹地。
公孫瓚構築高樓，還有他自己的一番道理，他說∶「過去，我把叛亂的胡人驅趕到塞外，又在孟津（今河南省孟津縣）掃蕩了黃巾軍，那個時候，我自以為天下之事能輕鬆搞定。今天看來，這都不是我所能搞定的，不如暫且休養生息，專心進行農業生產，大力儲備糧食，以度過災年。兵法上說∶ '百樓不攻。'如今，我有一千多座高樓，囤聚了三百萬斛糧食，等到我們把這些糧食吃盡的時候，天下之事就見分曉了。」
漢獻帝遷都許都以後這兩三年裡，袁紹與公孫瓚二人打打停停，纏鬥不已，而公孫瓚就龜縮在易京的高樓群里，袁紹也一直無法攻克。利用這寶貴的兩三年，曹操挾持漢獻帝，三伐張繡，打殘袁術，收降劉備，消滅呂布，奪占河內，實力逐漸壯大，還將手伸到了黃河以北。咄咄逼人的曹操讓袁紹感到如鯁在喉，昔日的盟友已經成了他袁紹最大的威脅，於是，他決定與公孫瓚之間迅速有個了斷，趕緊轉過頭來對付曹操。
建安三年（公元198年）年底，就在曹操消滅呂布前後，袁紹就給公孫瓚寫了一封長信。袁紹在信的開頭先是回顧了二人同心討伐董卓的友誼，而後指責公孫瓚先挑起事端，再說自己無奈之間才發兵抗擊，結果是猶如天助，打得公孫瓚大敗而歸，並指出這是你公孫瓚咎由自取，不是我袁紹的錯。接著，袁紹又開始勸說，大意是∶「從此以後，雙方的矛盾更深了，致使幽冀二州百姓死了很多，自己每每想到這裡，未嘗不嘆息流淚。後來又接到你公孫瓚的書信，在信中你的言辭變得稍微和緩了一些，我想到我們之間過去的友誼，再加上考慮到無辜的百姓們，總是命令軍隊南下避戰，可是，你的軍隊總是前來挑釁，一個將帥卻出爾反爾，殘害生靈，致使眾叛親離，令本州的鮮卑烏桓都願意為我效命，這也不是我的能耐，而是你把他們驅趕到我的陣營里來了。開始，我還以為你會振作精神，與我決一死戰，以報昔日之仇，結果，你卻龜縮起來，寂寂無聞。如今，天子回到了舊京，天下逐漸太平，你為何要守著巴掌大的一塊地盤，心甘情願受到惡名你我不如冰釋前嫌，重歸於好吧。」
對於袁紹的一番勸說，公孫瓚充耳不聞，既不反對，也不響應，就是不回復，只是增修工事。他自信地對長史關靖說∶「當今各地紛爭不已，沒有人能在我城下堅持一個年頭的，他袁本初又能拿我怎麼樣!」關靖，是太原人，本是一名酷吏，並無才略，但特別會諂媚，因此，公孫瓚對他非常信任。
得不到公孫瓚的答覆，袁紹決定集中兵力一舉消滅了他。公孫瓚派兒子公孫續向黑山賊求救，並打算親自率領騎兵衝出重圍，沿著西山（太行山）南下，藉助黑山賊的部眾侵擾冀州，切斷袁紹軍的後路。關靖勸諫說∶「如今將軍的將士們無不懷有離散之心，之所以還能堅守在這裡，是他們與自己的家眷在一起，又有將軍替他們做主啊。將軍一直堅守在這裡，袁紹肯定會自行退去，等到袁紹退去之後，各地的部眾又會集合起來了。如果將軍捨棄他們而去，後方沒有主將鎮守，易京將非常危險。將軍失去了根據地，在荒野中流浪，又能幹成什麼!」公孫瓚聽了，遂沒有離開。袁紹的軍隊一點點地蠶食公孫瓚的碉樓，公孫瓚日益困窘。
建安四年（公元199年）三月，黑山賊帥張燕與公孫續率領十萬人馬，兵分三路前來救援。張燕的援軍尚未來到，公孫瓚派人攜帶書信通報公孫續說∶ 「袁軍的進攻仿佛有鬼神相助，鼓角在地下轟鳴，雲梯在我碉樓上舞動，我已經感到日暮途窮了。你要在張燕面前磕破腦袋，一定求他速速派來騎兵，來到之後，在城北點起烽火，我就率軍從城內殺出。不然，我死以後，天下雖大，也沒有你容身之處了啊!」袁紹的偵察兵截獲了這封書信，袁紹命陳琳又更改了其中的語句，再送交公孫續。袁紹提前設下伏兵，按照公孫瓚書信的要求在城北點燃烽火，城內的公孫瓚誤以為援軍已經到了，遂率軍從城內殺出，結果被袁紹打得大敗，再次逃入城內固守。
袁紹命令部隊在公孫瓚構築的高台下面開挖地道，地道一直通至城樓的下面，用木樁支撐，以防垮塌，然後，工兵撤出地道，用火焚燒木柱，木柱被燒毀後，地道遂自行崩塌，高台上面的碉樓也隨之傾塌。袁軍就是採用這種辦法，以螞蟻啃骨頭的韌勁，逐一清除了公孫瓚的碉樓，逐漸接近處於最中心的公孫瓚居住的大碉樓。眼睜地看著自己苦心經營的碉樓群一個一個倒塌，原本以為萬無一失的碉樓竟然讓袁紹用這種方法瞬間化為灰燼，公孫瓚打擊太大了，他自知必死，先勒死自己的姐妹、妻子，然後，引火自焚。袁紹下令士兵們衝上去，在火中把他拉出斬首。
公孫瓚死後，漁陽人田豫勸說漁陽太守鮮于輔說∶「曹操奉天子以令諸侯，最終肯定能平定天下，應該趁早投靠他。」鮮于輔遂向曹操效忠，曹操以漢獻帝之名任命鮮于輔為建忠將軍，都督幽州六郡。田豫，字國讓，劉備追隨公孫瓚時，田豫曾是劉備的部下，劉備當豫州刺史後，田豫因母親年事已高請求北歸，劉備灑淚而別，說∶「遺憾不能與你一同辦成大事啊!」田豫北歸後，擔任公孫瓚的手下，公孫瓚雖然知道田豫足智多謀，卻不能任用。後來，曹操將田豫徵召為丞相軍謀掾。