公孙瓒宠幸骄纵的大多都是庸才，如算卦的刘纬台、布贩子李移子、商人乐何当三人，公孙瓒和他们结为兄弟，自己做老大，称他们三个为老二、老三、老四。他们因公孙瓒的缘故，富皆巨亿，有时公孙瓒还让自己的儿子娶他们的女儿，还常把他们比作曲周侯郦商、颍阴侯灌婴之类。
田畴回到幽州后，在刘虞坟墓前拜谒祭扫，又发出章表，哭泣着离去了。公孙瓒知道了大怒，悬赏捕获田畴，对他说：“你为什么独自到刘虞的墓前去哭，却不来给我送报告章表？”
田畴回答说：“汉朝王室衰败，人人怀有异心，只有刘公没有失掉忠信的节操。报告表章中所说的，对将军没有什么好话，恐怕不是您所乐意知道的，所以没有送上。况且将军正在兴办大事以满足自己的欲求，既已杀死了没有罪的主君，又与坚守忠义的臣子为仇，果真做了这件事，那么燕、赵地区的士人将都只会投东海而死，哪还有人忍心跟从将军您呢？”
公孙瓒因为田畴理直气壮地回答，没有杀他，但他还是把他关在军下，禁止他与故人来往。有人对公孙瓒说：“田畴是个义士，您不能礼待他，还把他关了起来，恐怕会失去众心。”公孙瓒才放走了田畴。
刘虞的从事渔阳鲜于辅、齐周、骑都尉鲜于银等率幽州兵马想为刘虞报仇，因燕国（今北京大兴）人阎柔素有恩义，他们便推举阎柔为乌丸司马。阎柔招集鲜卑、乌丸等兵马，共得汉兵、胡兵数万人，与公孙瓒所置渔阳太守邹丹战于潞河（今朝白河）之北，大败公孙瓒军，斩杀邹丹。乌桓峭王率其部落的人及鲜卑骑兵七千余骑，随鲜于辅迎接刘虞之子刘和与袁绍将麴义，合兵共十万攻打公孙瓒。
兴平二年（195年），诸军大破公孙瓒于鲍丘，斩首二万余。公孙瓒屡战屡败，于是逃回易县（故址在今河北雄县西北）坚守，开置屯田。两军相持一年有余，麴义军粮尽，士卒饥困，余众数千人退走。公孙瓒乘势出击，击败麴义，尽得其车重。
当时大旱，蝗灾泛滥，粮谷昂贵，人相食。公孙瓒自恃才力，不恤百姓，欺压人民，民怨更加沸腾。于是代郡、广阳、上谷、右北平纷纷杀死公孙瓒任命的长官，他们和鲜于辅联合起来，与公孙瓒为敌。此前有童谣“燕南垂，赵北际，中央不合大如砺，惟有此中可避世”，公孙瓒认为这说的是易县，于是他修筑易京固守。公孙瓒先挖了十层围堑，然后在围堑中筑京，都有五六丈高，又在上面盖起高楼。公孙瓒在堑的正中特别盖了一座十丈高的京，供自己居住，并在里面囤积了三百万斛谷。
公孙瓒的部下也家家都盖高楼，高楼上千。公孙瓒居住在高楼中，以铁为门，斥去左右，令男人七岁以上不得进入，只与妻妾住在里面。公孙瓒又让妇人习为大声，使声音能传出数百步，用来传达命令。又疏远宾客，致使身边没有一个亲信，谋臣猛将都渐渐疏远了。从此以后，很少出来打仗。
公孙瓒说：“以前我驱叛胡于塞表，扫黄巾于孟津，那时自以为天下可以指麾而定。至于今日，兵革方才开始，以此来看，天下非我所能决定，不如休兵，种田畜谷，以此度过荒年。兵法说‘百楼不攻’。现在我有高楼千座，积谷三百万斛，等军粮吃完之时，就足矣知道天下大势了。”
建安三年（198年），袁绍传书给公孙瓒，想跟他释和，公孙瓒没有答复，反而增强守备，对关靖说：“当今四方虎争，没人能坐在我的城下与我相守经年，这点非常明显，袁本初又能拿我怎么样！”
袁绍于是大兴兵攻打公孙瓒。先是公孙瓒一别将被围，公孙瓒不肯相救，说：“救一人，那以后众人都会只等救兵而不肯力战。现在我不去救他们，他之后被围困的将士就会自我勉励。”
等到袁绍来攻时，公孙瓒的界桥别营自度不能自救，而公孙瓒又必不肯相救，众人或降或逃。袁绍直接攻到了城门前，公孙瓒派他的儿子公孙续向黑山（今河南浚县西北）军求救，又想亲自率兵冲出重围，占据西南山，仰仗黑山军，切断袁绍军的后路。长吏关靖劝谏他说：“现在您的将士都各怀叛离之心，已无力再战，他们之所以能固守是顾惜他们的故乡老少，而把将军您当成主心骨，将军如能持久坚守，袁绍自然会退兵，四方军队一定又可以会合了。若将军现在弃易京而走，军队会失去后镇，易京覆灭指日可待。将军失去根基，流落荒野，怎么成就事业呢？”
公孙瓒于是决定不离开易京，等待其子搬来救兵，内外夹攻袁绍。
建安四年（199年）三月，黑山帅张燕与公孙续率兵十万，分三路相救公孙瓒。援兵还没到，公孙瓒梦到蓟县崩塌，认为必败，写信给公孙续，说：“袁氏之攻，犹如神鬼，地下闻其鼓角，楼上见其冲梯。时间紧急，感情无依。你要拼命求告张燕，飞奔前去告急。父子天然之情，无须言语也会有所感应。请火速带五千铁骑到北边的低湿地带，点火为号，我会从城内杀出，振奋神威，在那里决一死战。不然，我死之后，天下虽大，你也没有立足之地了！”
公孙瓒让行人文则出城送信，结果袁绍劫得了这封信，让陈琳在上面加了一句“听说周朝末年，僵尸流血，我不以为然，岂料今日我身当其冲！”
袁绍将计就计，举起火把。公孙瓒以为救兵到了，率兵出击。袁绍设伏兵袭击公孙瓒，公孙瓒大败，又回到城内坚守。袁绍于是掘地道到城楼下，毁坏其望楼，渐渐到达中央的土丘。公孙瓒自料必败无疑，于是缢杀自己的姐妹妻小，之后引火自焚。袁绍的士兵登台斩下了公孙瓒的首级。
公孙瓒死后，关靖叹道：“之前我若不阻止将军行动，未必不能成功。我听说君子使他人陷入危难，必当患难与共，岂可以独自存活呢！”
于是策马奔入袁绍军而死。袁绍将关靖和公孙瓒的首级都送往许都。公孙瓒部将田楷，之前被袁绍之子袁谭击败而退还，最终在与袁绍交战时身亡；公孙续后来被屠各杀死。
人物评价
魏攸：“瓒，文武才力足恃，虽有小恶，固宜容忍。”
袁绍：“超然自逸，矜其威诈。”
程昱：“夫公孙瓒，非袁绍之敌也。今虽坏绍军，然终为绍所禽。”
陈寿：①“瓒遂骄矜，记过忘善，多所贼害。”②“公孙瓒保京，坐待夷灭。”
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