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話說公孫瓚派兒子找來了黑山軍作為援軍，並把作戰計劃寫成書信派秘史送出城去，其實計劃也很簡單，就是黑山軍趕到後，舉火為號，然後公孫瓚出城，和黑山軍兩相夾擊袁紹軍。
然而，不幸的是，袁紹的這位信使卻被袁紹軍抓獲，信件也被截取。得知了公孫瓚作戰計劃的袁紹決定將計就計，趕在黑山軍到達之前就舉火。城中的公孫瓚看到信號，以為是黑山軍已經趕到，就打開城門，率兵出擊。袁紹則預先設好了伏兵，襲擊公孫瓚，把公孫瓚打得大敗，只好又退回到城內堅守。
這下袁紹可不再僵持了，因為他知道黑山軍就要趕來救援了。於是袁紹乘勝加緊進攻，下令挖掘地道，挖到公孫瓚部隊固守的城樓下，用木柱撐住城樓，然後繼續往前挖，估計已經把城樓的根基挖掉了一半時，便縱火燒燬木柱，木柱燒燬後，城樓的根基失去支撐，就倒塌了。
袁紹用這種方法逐漸攻到了公孫瓚所在的中京，漸漸到達了中央的土丘。公孫瓚對於袁紹的這種進攻方式無法應對，自料必敗無疑，為了防止家人被俘受辱，便把自己的妻子兒子全部殺掉後，引火自焚了。
袁紹則催促士兵登上高台，斬下已經自焚而亡的公孫瓚的首級，公孫瓚的部將田楷、關靖等也在這一戰中陣亡。袁紹命人將他們的首級一併送到許都彰功。至此，公孫瓚勢力徹底覆滅，袁紹則佔據了幽州，兼併了公孫瓚的部隊，統一了北方幽、並、青、冀四州，成為了當時中國最大的軍閥割據勢力。
同時在此期間，曹操經歷了張繡的降而復叛，雖然曹操之後又發起過兩次進攻，但都沒能擊破張繡。而張繡最終則是在賈詡的建議下再次投降了曹操，成為了曹操的部下。
曹操南方的袁術，竟然在壽春稱帝，建號仲氏。結果不但眾叛親離，而且成了眾矢之的。尤其是麾下孫堅的兒子孫策，公開宣佈與袁術劃清界線，獨立成了江東勢力，使得袁術喪失廣陵、江東等大片土地，加上袁術稱帝后，奢侈荒淫，揮霍無度，呂布也與他脫離同盟關係，並大舉擊敗了他。這些變化使袁術的勢力是一落千丈。於是曹操看準時機，親自征討袁術，在蘄陽擒斬袁術大將橋蕤、李豐、梁綱、樂就，袁術再度奔逃到淮南。
而對於東邊的呂布，曹操則收納了前來投靠的劉備勢力，並和劉備一起進軍徐州掃平了呂布。
如此一來，曹操解決了自己四面受敵的局面，而袁紹雖然徹底消滅了公孫瓚，完成了北方四州的統一，但是也失去了最好的消滅曹操，奪取漢獻帝劉協從而挾天子號令天下的時機。而消滅公孫瓚統一北方四州和消滅曹操奪取漢獻帝劉協哪個更重要即便是在當時袁紹的軍師田豐也已經建議的很清楚了，無奈袁紹沒有這個眼光，也就不能聽取和採納更正確的意見和建議。
在袁紹看來，自己擁有了北方四州，實力已經十分雄厚，仍然完全可以從容的消滅曹操勢力，從而佔據中央的。而且這時實力大增的袁紹，其野心已經更加膨脹，尤其自己的弟弟袁術竟然公開稱帝，雖然成了眾矢之的，但是袁紹的心思也不由得有了非分之想，因此給獻帝的進貢也就漸漸稀少了。
建安四年(199年)，走投無路的袁術，認識到自己實在是沒辦法和自己一直以來看不起的袁紹相比的，面對已經無處容身的局面，便寫信給袁紹說： 「漢朝的天下早就丟掉了，天子受人控制成為了傀儡，政令皆出自私門。英雄豪傑爭奪追逐，分割地盤。這和周朝末年的七國爭霸沒什麼兩樣，結果只能是強者兼併天下。我們袁家受命於天，理應當皇帝，符命、祥瑞都顯示得一清二楚了。現在您擁有四個州，戶口達百萬人，論勢力誰都不可能同您爭強，論地位誰都不可能比您更高。曹操雖然想扶助衰弱的朝廷，怎麼能夠將斷掉的天命重新接上，將已經滅亡的朝廷重新振興呢?現在我恭敬地將天命送給您，希望您使它振興。」
袁紹見信雖然不敢聲張，只是回信給袁術，表示同意接納他，但是心裡卻是也已經有了非分之想。於是他指使主簿耿苞為自己當皇帝尋找根據，耿苞私下對他說：「赤德已經衰敗，袁氏是黃帝后裔，應該順天意、從人心。」這幾句話的意思是，按「五德相生」的「理論」，漢朝是所謂火德(即赤德)，火德要由土德代替;黃帝就是土德，而袁家為黃帝的後代，所以袁氏取代漢朝是「天意」。袁紹向軍府僚屬公開了耿苞的這些言論，僚屬們都認為耿苞妖言惑眾，混淆視聽，應當殺頭。袁紹看到大家的反應，知道時機還不成熟，唯恐洩露了自己的野心，落得和袁術一樣的下場，不得已下令殺掉耿苞。
另外，當初收留呂布的張揚在曹操消滅呂布的時候，曾經率軍對呂布相呼應，只不過距離較遠，而且心有餘而力不足，只能起到幫呂布搖旗吶喊的作用。然而卻被自己的部下楊丑所殺來呼應曹操，並打算帶領張楊的部下投奔曹操。此時，張揚的心腹武將眭固在楊丑投奔曹操之前又殺掉楊丑替張揚報了仇。而眭固佔據了河內郡後，則帶領張楊部下屯軍在射犬(河南省武陟縣西北)，打算投奔袁紹。
而這時曹操已經消滅了呂布，面對河內的局勢當機立斷，派遣史渙、曹仁急攻眭固。眭固自領親兵出奔袁紹，於犬城被史渙等截擊，兵敗被斬。曹操再圍射犬，眾人皆降，曹操因此吞併了河內郡。