Trong lúc Tôn Kiên nỗ lực tác chiến ngoài mặt trận thì Viên Thiệu và các chư hầu khác án binh bất động, say sưa tiệc rượu không bàn việc quân. Trong số những người hội binh, cánh quân Tào Tháo đơn độc chiến đấu bị quân Đổng Trác đánh bại. Ít lâu sau các chư hầu quay sang đánh lẫn nhau để mở rộng thế lực mưu đồ cát cứ.

Anh em Viên Thiệu và Viên Thuật mâu thuẫn. Khi Viên Thuật cử Tôn Kiên làm thứ sử Dự châu đi đánh Đổng Trác thì Viên Thiệu lại cho người phe mình là Chu Ngang làm thứ sử Dự châu (chiếm chức vị của Tôn Kiên) và đánh vào căn cứ của ông ở Dương Thành.

Tôn Kiên nghe tin chư hầu tan rã, rất thất vọng. Ông đành bỏ việc đánh Trường An, mang quân trở về đánh Chu Ngang. Ngang thua trận bỏ chạy.

Lưu Biểu - người vừa được Đổng Trác cử làm thứ sử Kinh châu thay Vương Duệ - về phe với Viên Thiệu và ở giáp địa bàn với Viên Thuật. Vì vậy Viên Thuật lại sai Tôn Kiên mang quân đánh Lưu Biểu. Lưu Biểu sai bộ tướng Hoàng Tổ ra nghênh chiến.

Tôn Kiên đánh tan quân Hoàng Tổ, Tổ vượt sông bỏ chạy, rút về Tương Dương cùng Lưu Biểu. Tôn Kiên sang sông Hán Thủy đuổi theo, bao vây thành Tương Dương (thuộc Nam Quận). Lưu Biểu đóng cửa thành cố thủ.

Ban đêm, Lưu Biểu sai Hoàng Tổ bí mật ra khỏi thành thu thập quân sĩ chạy tản mát. Hoàng Tổ thu thập được một số quân, quay trở lại thành thì đụng độ với Tôn Kiên. Ông đánh bại Hoàng Tổ lần thứ hai, Tổ phải dẫn quân bỏ chạy. Khi Hoàng Tổ chạy đến Hiệp Sơn thì Tôn Kiên đuổi kịp. Bộ tướng của Hoàng Tổ nấp trong rừng trúc bắn ra. Tôn Kiên bị trúng tên và tử trận[19].

Năm đó Tôn Kiên mới 37 tuổi.