七月，太祖以幽州起兵讨董，传檄天下，号令义士盟于常山。绍闻而忿，遂用许攸策，置钛祖讯于不顾，自表车骑将军，合曹操、桥瑁、张邈，伪作三公手札，号令关东诸侯伐卓，与盟者计有后将军术、冀州牧韩馥、豫州刺史孔伷、兖州刺史刘岱、河内太守王匡、陈留太守张邈、东郡太守桥瑁、山阳太守袁遗、济北相鲍信、广陵太守张超、长沙太守孙坚、奋武将军曹操、上党太守张杨，众各数万。是冬，关东联军会于酸枣，臧洪歃血执盟，遥尊绍为盟主，议分兵三路，绍自领河北军袭三津，术将南阳军北上伐洛，中原诸侯合兵越荥阳、成皋，叩虎牢关。卓闻之，乃与吕布、胡轸兵两万，使守三津，以御绍军。
许攸、郭图、辛评尝共侍袁绍，绍与钛祖战倒霉，郭、辛惊骇，乃各将其军而降，攸以其负绍恩，心深怨之。及太祖入济南，宴诸降人名流于历水陂，共议天下法度。攸亦与会，抗声曰：“变法不当以言语，而当以兵器。今将军欲立新法，必先斩小人，免有黄钟毁弃之虞”。太祖问曰：“则子远觉得小报酬谁？”攸对曰：“小人者，奸佞卖主之郭图，贪财卖军之许攸，大奸似忠之辛评，此三人尔！”太祖感喟，乃斩许攸，逐郭、辛于阴山。退而语吕范云：“子远本日之行，乃欲以性命作饵，为袁本初复仇之故也。君臣之间，情深若此耶？”
是年蒲月二十五，中常侍张让、赵忠等矫太后命，召进入议，刺之于嘉德殿，并引虎贲军卫南宫，宫中大乱。绍闻之，即拔剑而起，曰：“此正诛宦之时也！”乃聚袁术、吴匡、王匡部，抽戈竦剑，奋击凶丑。次日克南宫，董旻、田畴俱引兵相从，洛中大乱，十常侍不能敌，仓促挟帝与陈留王入北宫。又次日，绍众克北宫，勒兵捕诸宦官，无少长皆杀之。或有不必而误死者，至自发露形体而后得免。十常侍复北窜，道逢董卓部，卓乃尽诛十常侍，奉帝还洛。
梁期一战既毕，绍检点全军，十去五六，陈宫自驱车赴太祖军而死，沮授子鹄亦死于阵中，其他死者降者不成胜计。绍视其军不堪与钛祖野战，乃多立城寨，步步为营，死守不出。后，麴义据邺城而叛，绍使李进、程武击义，克之，复以沮授为多数督，令守邺。
是月二十八日，卓并何苗、丁原部，聚众八千，议欲废立，谓绍曰：“天下之主，宜得贤明，每念灵帝，令人愤毒。董侯似可，今当立之。”绍曰：“今上富于春秋，未有不善宣于天下。若公违礼任情，废嫡立庶，恐众议未安。”卓掷杯叱绍曰：“竖子敢然！天下之事，岂不在我？我欲为之，谁敢不从！”绍欲再驳，忽见吕布、华雄横刀趋前，遂默。又数日，绍悬节于上东门，单骑奔河内。时侍中周珌、城门校尉伍琼为卓所信待，琼等阴为绍说卓曰：“夫废立大事，非常人所及。袁绍不达大抵，惊骇出走，非有它志。袁氏树恩四世，弟子故吏遍于天下，若收豪杰以聚徒众，豪杰因之而起，则山东非公之有也。不如赦之，拜一郡守，绍喜于免罪，必无患矣。”卓觉得然，乃遣授绍渤海太守。
清河一役既克，太祖以战事再无几次之机，乃令吕范、审配、娄圭、韩当共决河北军务，自引义从北巡春耕。因而关羽引万骑北上大河，公孙范将幽州军出渤海，公孙瓒战于河间，成三面之围。绍一起败走，东至蓼城，见东海浮舟数百，皆钛祖部也，悟己不得生，乃坐蓼城之上，望日薄东海之色，时幕府群臣唯余许攸在侧，绍顾而曰：“子远试看，此大河入海之处也。河水东行，虽征程多艰，亦不改其志，人生志气亦当如此观。然河终得归海，而人生苦短，多有壮志难酬者，此所憾者。”攸曰：“憾乎？怨乎？”绍曰：“吾之志若大河旧渎，虽遭他道所夺，不能为入海之流。然春堤水涨之时，或亦复有流水漫溢。人生至此，不能成志，固有所憾，而斯复何怨哉？”攸曰：“即不怨卫将军，宁能不怨弃公而去者耶？”绍笑曰：“吾虽末路，犹有何伯求、陈公台、逢元图为我赴节；有文将军、淳于将军、颜将军为我尽忠；更有子远在侧，值此山穷水尽之时而不弃，虽无可喜，亦无可怨也。”言未尽而气不继，垂首而逝，攸大恸。四月，沮授闻绍身故，乃托绍宗子谭于其弟宗，他杀于车骑将军府中，邺城乃降。