公孙瓒见刘虞的军队如此松散，心中一喜。他趁着刘虞军队不备，果断下令放火，火势迅速蔓延开来。紧接着，他亲率精锐部队，借着大火的掩护，向刘虞的军队发起猛烈冲击。刘虞的军队顿时阵脚大乱，士兵们四处逃窜，根本无法组织起有效的抵抗。这场战斗很快就以刘虞的惨败告终，他无奈之下，只好带着残兵败将逃出蓟城，奔向居庸关。

公孙瓒怎会轻易放过刘虞，他乘胜追击，一路追到居庸关下。居庸关虽地势险要，但在公孙瓒的猛烈攻击下，很快就被攻破。刘虞和他的家人都被公孙瓒生擒，公孙瓒得意洋洋地将刘虞押回蓟城。

就在这时，传来了董卓被杀的消息。汉献帝派使者段训前来，给刘虞增加食邑，让他都督六州军事，同时封公孙瓒为前将军，赐爵易侯。公孙瓒本就对刘虞心怀怨恨，如今更是担心刘虞会借机报复，于是一不做二不休，诬陷刘虞想要称帝，还威胁段训将刘虞斩首。行刑当日，公孙瓒将刘虞绑在集市上，还假惺惺地说：“要是你真该做天子，上天就该降雨救你！”当时正值盛夏，酷热难耐，一整天都没有下雨，公孙瓒见状，便残忍地杀害了刘虞。刘虞的死讯传出，许多忠义之士悲愤不已，像故常山相孙瑾、掾张逸、张瓒等人，纷纷痛骂公孙瓒，最后与刘虞一同赴死。

公孙瓒除掉刘虞后，更加肆无忌惮。他上表朝廷，让段训担任幽州刺史，自己则独揽幽州大权。此时的他，变得骄傲自大，心胸狭隘，只记得别人的过错，却对别人的好处视而不见，还杀害了不少无辜之人。他瞧不上那些出身名门的子弟，认为他们一旦富贵，就会觉得理所当然，不懂感恩。反而对一些平庸之辈宠爱有加，像以前靠占卜为生的刘纬台、贩卖丝绸的李移子、商人乐何当等人，他与这三人结拜为兄弟，还自称为伯，把他们当作自己的心腹。这几人靠着公孙瓒，个个富可敌国，公孙瓒甚至还把他们的女儿许配给自己的儿子，常常将他们比作古代的曲周侯郦商、颍阴侯灌婴。

刘虞的旧部渔阳人鲜于辅、齐周，还有骑都尉鲜于银等人，得知刘虞被杀的噩耗后，悲痛欲绝，发誓要为刘虞报仇。他们知道燕国的阎柔在乌丸、鲜卑部落中素有威望，便共同推举阎柔为乌丸司马。阎柔果然不负众望，他四处奔走，凭借自己的恩信，召集了胡、汉数万人马。随后，阎柔率领这支大军，与公孙瓒任命的渔阳太守邹丹在潞北展开激战。这场战斗打得异常激烈，阎柔的军队士气高昂，勇猛无比，最终大破邹丹的军队，邹丹也在乱军中被斩杀。

袁绍得知此事后，觉得这是个削弱公孙瓒的好机会，便派麹义与刘虞的儿子刘和，率领军队与鲜于辅等人会合，共同攻打公孙瓒。公孙瓒接连遭遇败仗，损兵折将，无奈之下，只好退回易京，打算凭借坚固的城防死守。

早在之前，民间就流传着一首童谣：“燕南垂，赵北际，中央不合大如砺，惟有此中可避世。”公孙瓒认为易京就是童谣中所说的避难之地，便在这里大兴土木，修筑防御工事。他在易京城外挖掘了十重壕沟，在壕沟内修筑了许多高五六丈的土丘，还在上面建造了高楼。在最中间的位置，他特意修筑了一座高达十丈的土丘，自己就住在里面。同时，他还储备了三百万斛粮食，心想：“以前觉得天下大事可以轻易掌控，如今看来，却不是我能决定的。不如先休养生息，好好种地囤粮。兵法上说，百楼不攻，我现在有这么多高楼防御，等把这些粮食吃完，天下局势说不定就明朗了。”他企图以此来拖垮袁绍。

袁绍自然不会轻易放弃，他派将领率军不断攻打易京。然而，公孙瓒的防御工事太过坚固，袁绍的军队围攻了好几年，都没能攻克。