卓，直到攻入洛阳。袁绍想立刘虞为帝，希望得到袁术的支持。袁术见汉室衰微，早已心生异志，于是托辞不同意，兄弟二人翻脸。这时袁绍以会稽的周昕为豫州刺史，想要夺取孙坚地盘，袁术引兵击退周昕。此后，袁术联合公孙瓒、陶谦，与袁绍争霸。袁绍联合刘表南北钳制袁术。袁术召回孙坚攻打刘表，孙坚在与刘表之战中阵亡。
为了消灭袁绍的盟友曹操，袁术联合朝廷任命的兖州刺史金尚攻击兖州，袁术屯兵于封丘，之后又有黑山贼的余部以及匈奴於夫罗等助战，但大败。袁术退于寿春，但守将陈瑀不准入城，袁术退守阴陵，攻击陈瑀，陈瑀逃回下邳。袁术又领余部前往九江，杀扬州刺史陈温而自领扬州牧，又兼称扬州伯，封部将张勋、桥蕤为大将军。李傕郭汜入长安后，拉拢袁术，封袁术为左将军，假节，进封阳翟侯，并派太傅马日磾到各地给受封的将军侯爵举行拜授仪式，袁术抢了马日磾的军中符节，然后将其关押再不放回。
兴平元年（194），袁术攻打徐州，与刘备相持于盱眙、淮阴，互有胜败。后来吕布趁机夺取徐州，袁术打败了刘备，占领了徐州广陵等地。兴平二年（195）正月，曹操兵临武平，一次外出时遇到袁术部曲追杀，幸亏曹真（原名秦真）之父秦邵（字伯南）冒名顶替曹操，被袁术部曲以为是曹操杀之，舍命救下曹操，使得曹操躲过一劫。在此之前，曹操已认秦真为义子，改名曹真。兴平二年（195）冬，李傕郭汜作乱，在弘农郡曹阳涧追击汉献帝及公卿百官，汉献帝逃至黄河以北。袁术认为时机已到，召集部署想秉承天意登基称帝。主薄阎象极力反对。建安二年（197），袁术在寿春称帝，建号仲氏，置公卿百官。生活上奢侈荒淫，挥霍无度，后宫妻妾数百人，皆穿罗绮丽，**美食品，而士兵却处于饥寒交迫之中。在袁术的统治下，江淮一带民不聊生，百姓多有饿死的。
袁术称帝被天下英雄所不齿，袁术成了众矢之的，不久就遭到孙策、吕布、曹操三方的打击，袁术逃到淮南。建安四年（199），走投无路的袁术，投奔他以前的部曲雷薄、陈兰，却被拒绝。于是袁术又将帝号让给袁绍，袁绍同意接纳袁术。于是，袁术前往投奔袁绍长子时任青州刺史的袁谭，在半路上被曹操派来的刘备、朱灵截住了去路。袁术只得退回寿春。六月，又退至江亭。当时军中仅有麦屑三十斛，又是六月盛暑，袁术欲要蜜浆解渴，又无蜜。他叹息良久大声道：“我堂堂袁术怎么到了这个地步啊！”最后吐血而亡。