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（今河南浚县西北）军求救，又想亲自率兵冲出重围，占据西南山，仰仗黑山军，切断袁绍军的后路。长吏关靖劝谏他说：“现在您的将士都各怀叛离之心，已无力再战，他们之所以能固守是顾惜他们的故乡老少，而把将军您当成主心骨，将军如能持久坚守，袁绍自然会退兵，四方军队一定又可以会合了。若将军现在弃易京而走，军队会失去后镇，易京覆灭指日可待。将军失去根基，流落荒野，怎么成就事业呢？”
公孙瓒于是决定不离开易京，等待其子搬来救兵，内外夹攻袁绍。
建安四年（199年）三月，黑山帅张燕与公孙续率兵十万，分三路相救公孙瓒。援兵还没到，公孙瓒梦到蓟县崩塌，认为必败，写信给公孙续，说：“袁氏之攻，犹如神鬼，地下闻其鼓角，楼上见其冲梯。时间紧急，感情无依。你要拼命求告张燕，飞奔前去告急。父子天然之情，无须言语也会有所感应。请火速带五千铁骑到北边的低湿地带，点火为号，我会从城内杀出，振奋神威，在那里决一死战。不然，我死之后，天下虽大，你也没有立足之地了！”
公孙瓒让行人文则出城送信，结果袁绍劫得了这封信，让陈琳在上面加了一句“听说周朝末年，僵尸流血，我不以为然，岂料今日我身当其冲！”
袁绍将计就计，举起火把。公孙瓒以为救兵到了，率兵出击。袁绍设伏兵袭击公孙瓒，公孙瓒大败，又回到城内坚守。袁绍于是掘地道到城楼下，毁坏其望楼，渐渐到达中央的土丘。公孙瓒自料必败无疑，于是缢杀自己的姐妹妻小，之后引火自焚。袁绍的士兵登台斩下了公孙瓒的首级。
公孙瓒死后，关靖叹道：“之前我若不阻止将军行动，未必不能成功。我听说君子使他人陷入危难，必当患难与共，岂可以独自存活呢！”
于是策马奔入袁绍军而死。袁绍将关靖和公孙瓒的首级都送往许都。公孙瓒部将田楷，之前被袁绍之子袁谭击败而退还，最终在与袁绍交战时身亡；公孙续后来被屠各杀死。
人物评价
魏攸：“瓒，文武才力足恃，虽有小恶，固宜容忍。”
袁绍：“超然自逸，矜其威诈。”
程昱：“夫公孙瓒，非袁绍之敌也。今虽坏绍军，然终为绍所禽。”
陈寿：1“瓒遂骄矜，记过忘善，多所贼害。”2“公孙瓒保京，坐待夷灭。”