不久朱隽果然率领上万大军前来进攻虎牢关，李傕听从贾诩建议，坚守不出，等朱隽士气低迷时，两路大军齐攻，大败朱隽。朱隽知道敌众我寡，收拾残军退回了中牟。
刘备途中知道朱隽战败，痛心疾首，正要快马加鞭赶往中牟，不料公孙瓒传信来，命他速速回援。刘备大惊，料想必是有大战事。
原来不久前袁绍得知公孙瓒拿下了渤海郡，听从郭图建议，任命公孙瓒堂弟公孙范为渤海太守，并请他替自己前往南皮县向公孙瓒求和。不料公孙范不仅没有替袁绍当使者，反倒率领渤海兵助战公孙瓒。公孙瓒大喜过望，立刻派公孙范攻破青州等地黄巾军，兵力逐渐强大，接着挥军挺近磐河，逼近界桥，准备与袁绍决战。同时任命严纲为冀州刺史，田楷为青州刺史，单经为兖州刺史。
袁绍急忙召集众将商议破敌良策，人人都认为应该避开公孙瓒锋芒，唯独沮授力劝袁绍亲自迎战。沮授拱手道：“主公，这一战关乎冀州的命运，只能胜不能败。公孙瓒虽然骁勇，不过是匹夫之勇。只要稍稍用计，他必定死无葬身之地。”座下田丰欣然点头，也起身道：“公孙瓒的骑兵虽然厉害，可并不是完全无法破解。我有一计，可以弹指之间破了他的骑兵阵。”
袁绍高兴地合不拢嘴，当即亲自率领四万大军迎战公孙瓒，其中还包括原先韩馥的一万强弓手。另外带上谋士沮授、田丰等人，还有中郎将颜良、文丑，校尉张郃、高览等人。
两军在界桥南面二十里遭遇，公孙瓒将两万步兵排成方阵，左右两翼各自安排了五千骑兵，组成了鹤翼阵。袁绍也命麹义带领八百精兵为先锋，张郃、高览各自率领五千弓手为辅助，颜良、文丑各自引军一万为左右护卫，自己亲自率领一万步兵在后，摆出锥形阵。
公孙瓒先发起冲锋，率领步兵前冲，命严纲和单经各自率领骑兵两翼包抄，最后三面夹击。这时作为袁绍军前锋的麹义，突然下令士兵全部躲在盾牌下，组成盾牌阵。待骑兵冲到距离十米开外时，齐齐跳起来冲杀。为了配合麹义，张郃、高览立刻下令强弓手万箭齐发，顿时飞箭如雨，齐齐射向白马义从。
公孙瓒大军顿时陷入混乱，骑兵、步兵纷纷乱窜，践踏死了不少。麹义乘机冲杀，与严纲大战五十回合，最终斩杀公孙瓒大将严纲。颜良、文丑纷纷率军两翼包抄，配合麹义大败公孙瓒。麹义一马当先，率领精兵冲杀到了界桥。公孙瓒下令死守界桥，又被颜良、文丑和麹义大军撕开了口子，直杀到了大营外。
袁绍听说麹义追杀公孙瓒去了，顿时大喜，立刻命令监军沮授率领全军追击公孙瓒，自己与别驾田丰率领近百名强弓手缓缓行进。在距离界桥十余里处，听说前方已经获胜，袁绍忍不住大笑道：“区区公孙瓒，哪里是我的敌手？我弹指就能灭了他！”随后命令护卫下马卸鞍，就地歇息。
田丰忙劝阻：“主公，这里比较距离公孙瓒大营太近，还是保持警惕的好，以免出现意外。”袁绍大手一摆，不屑笑道：“不是我看不起公孙瓒，他现在早已吓破了胆，我袁绍就是坐在地上等他来擒，他都不敢，你信不信？”
突然护卫高呼一声：“有敌军！”袁绍虎躯一震，顿时面色大变。田丰骑马观望，也暗暗心惊：“白马义从！”他赶紧拉着袁绍躲到了附近墙头后，又命令众强弓手躲在墙后御敌。果然不久一阵骑兵飞奔而来，正是刘备率领的一千多骑兵。原来刘备正要去援助公孙瓒，突然见附近有一股敌军，立刻调转马头，直奔袁绍围来。
刘备大军刚到半路，突然迎面飞箭如雨射向众骑兵，刘备大惊，急忙下令退后。这时袁绍猛然扔掉头盔，起身怒道：“大丈夫宁可站着死，怎么能躲在墙后偷生？”他立刻指挥强弓手射杀了不少骑兵，张飞也率领众骑射手射杀了不少强弓手。眼看身边护卫越来越少，袁绍心急如焚，拔剑出鞘。
这时田丰突然大叫一声：“主公快看，咱们的援兵到了！”袁绍急忙望去，顿时转忧为喜，还剑入鞘，高兴得手舞足蹈。果然沮授率领颜良、文丑、麹义等人率军回援。刘备见形势不妙，赶紧下令撤退，绕道奔往公孙瓒大营。
公孙瓒恼羞成怒，却也无可奈何，这一战损兵折将，元气大伤。他只好让青州刺史田楷驻守青州，任命刘备为平原令，驻守平原，安排两人联手对付袁绍，自己领着残兵返回幽州。