Tuy đã nhận được chức Thái thú Bột Hải nhưng Viên Thiệu vẫn không bằng lòng, muốn khởi binh chống Đổng Trác. Châu mục Ký châu là Hàn Phức vừa được Đổng Trác bổ nhiệm, thấy kẻ sĩ nhiều người hướng về họ Viên, sợ sẽ bất lợi cho địa vị của mình, bèn sai người ngăn chặn ngoài cửa nhà Viên Thiệu không cho phát binh[10].

Nhưng đúng lúc đó Thái thú Đông quận (thuộc Duyện châu) là Kiều Mạo lại giả nhân danh Tam công trong triều là Tư đồ Dương Bưu, Tư không Tuân Sảng và Thái úy Hoàng Uyển, phát hịch kể tội Đổng Trác, kêu gọi mọi người hãy cứu thiên tử Hán Hiến Đế. Trước khí thế chống Đổng Trác mạnh mẽ ở Ký châu, Hàn Phức buộc phải để Viên Thiệu xuất binh và mang quân cùng hưởng ứng.

Các chư hầu nổi dậy tham gia liên minh gồm có: Viên Thiệu (Thái thú Bột Hải), Viên Thuật (Hậu tướng quân), Hàn Phức (châu mục Ký châu), Khổng Do (Thứ sử Dự châu), Lưu Đại (thứ sử Duyện châu), Vương Khuông (Thái thú Hà Nội), Trương Mạo (Thái thú Trần Lưu), Trương Siêu (Thái thú Quảng Lăng), Kiều Mạo (thái thú Đông quận), Viên Di (Thái thú Sơn Dương - người cùng họ với Viên Thiệu), Bão Tín (tướng quốc Tế Bắc). Trong số này ngoài Viên Thiệu và Hàn Phức còn có Viên Thuật, Lưu Đại và Khổng Do là những người được chính Đổng Trác vừa nhân danh Hán Hiến Đế bổ nhiệm.

Đổng Trác căm thù Viên Thiệu, bèn bắt chú Viên Thiệu là Viên Ngỗi cùng toàn gia tộc họ Viên ở Lạc Dương mang giết hết.

Hàn Phức vì sợ Viên Thiệu mạnh hơn mình, thường cắt xén lương thảo cung cấp cho Viên Thiệu, muốn cho quân đội của Viên Thiệu ly tán. Nhưng các chư hầu vẫn tập hợp quanh ông để chống Đổng Trác.

Các chư hầu tập kết tại huyện Hoài, quận Hà Nội[11] và huyện Dương Trạc quận Dĩnh Xuyên, huyện Toan Cức[12] và phía bắc huyện Nghiệp[13]. Ngoài ra một cánh quân khác của Thái thú Trường Sa là Tôn Kiên cũng hưởng ứng, tuy không đến hội minh nhưng cũng khởi binh đánh Đổng Trác. Tôn Kiên đánh Kinh châu giết Thứ sử Vương Duệ và đánh Nam Dương giết thái thú Trương Tư.

Đổng Trác sai Chấp kim ngô Hồ Mẫu Ban, Tương tác đại tượng Ngô Tu và Việt kỵ hiệu úy Vương Hoàn đến huyện Hoài xin giảng hòa với Viên Thiệu. Viên Thiệu không nghe, sai Vương Khuông bắt cả ba người mang chém. Viên Thiệu cử Vương Khuông mang quân đến Hà Dương[14] đánh Đổng Trác, bị Đổng Trác điều quân đánh tan.

Trong lúc chiến sự đang giằng co, Viên Thiệu định tìm lập một người tông thất khác làm hoàng đế để tổ chức triều đình riêng chống Đổng Trác, và muốn lập U châu mục là Lưu Ngu làm vua. Để tỏ ra tôn trọng Viên Thuật, Viên Thiệu sai người hỏi ý kiến Viên Thuật về việc đó, nhưng Thuật nhất định không tán thành. Từ đó hai anh em chính thức trở thành thù hằn.

Viên Thiệu kiên trì ý định lập vua mới. Tháng giêng năm 191, ông sai sứ đến U châu gặp Lưu Ngu đề nghị tôn làm vua. Lưu Ngu cho rằng điều đó là loạn nghịch nên từ chối đề nghị của Viên Thiệu, mắng sứ giả của ông. Viên Thiệu sai sứ đến U châu lần thứ 2 để thuyết phục, nhưng Lưu Ngu nhất quyết cự tuyệt và dọa sẽ bỏ sang Hung Nô[15]. Sứ giả đành trở về nói với Viên Thiệu.

Đổng Trác sai bộ tướng Hồ Chẩn và Lã Bố ra đối địch với Tôn Kiên. Hồ Chẩn và Lã Bố bất hòa với nhau nên bị Tôn Kiên đánh bại. Tôn Kiên tiến đến sát Lạc Dương. Đổng Trác lo lắng mang vua Hán Hiến Đế và dân chúng bỏ Lạc Dương chạy về Trường An.

Đổng Trác đã bỏ chạy nhưng các cánh quân chư hầu của Viên Thiệu chỉ án binh tại Hoài Khánh say sưa tiệc rượu không bàn việc quân, không đi truy kích Đổng Trác. Ngoài cánh quân tác chiến độc lập của Tôn Kiên, trong những người đi hội minh chỉ có Tào Tháo hăng hái muốn ra quân. Viên Thiệu bất đắc dĩ cho Tào Tháo mấy ngàn quân đi. Bộ tướng của Đổng Trác là Từ Vinh mang quân đón đánh ở Thành Quần[16], đại phá Tào Tháo, giết hơn nửa quân Tào. Tào Tháo may mắn chạy thoát.

Liên minh đánh Đổng Trác tan rã. Các chư hầu rút quân.