前期
公元190年（初平元年）正月，各地群雄起兵，打出讨董的旗号，当中包括：勃海太守袁绍、后将军袁术、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、广陵太守张超、东郡太守桥瑁、山阳太守袁遗、济北相鲍信。
当时袁绍与王匡屯兵河内，张杨亦率数千人投靠；张邈、刘岱、桥瑁、袁遗与鲍信屯兵酸枣，曹操则属于张邈军下；袁术屯兵鲁阳，孙坚从长沙赶往与袁术会合；孔伷屯兵颍川；韩馥则留在邺城，给与联军军粮。各群雄都推举袁绍为盟主，但只有鲍信认为曹操才是最有能力推翻董卓。袁绍自号车骑将军，其他人都有被假授官号，如曹操就被授行奋武将军。
面对关东军的势力，董卓大为震惊，又董卓女婿牛辅以兵三万征讨伐河东白波军大败，担心两方连络，便先在癸酉日，派李儒鸩杀了废帝刘辩，又与众臣议论要发大军对抗关东军，但被郑泰劝阻。后提议迁都到关中的长安，杨彪、黄琬一再劝阻，被董卓在二月乙亥日以因灾异免去黄琬、杨彪等的职务，伍琼、周毖仍认为不能迁都，董卓便以向敌通讯而杀死了当初举荐袁绍、刘岱等升官的周毖与伍琼等。但董卓又后悔杀死了二人，便重新任用黄琬、杨彪。
但迁都一事并没有停止，在丁亥日开始，董卓以车驾先送献帝西迁。又以步兵、骑兵逼徙洛阳数百万人到长安，百姓被人踩死、被马踏死、饥饿而死、遭抢劫而被杀的堆满道路。董卓则留在洛阳毕圭苑，下令捉拿富翁，以罪名将他们杀害，没收财产，死者不计其数。又派吕布掘开先帝帝陵及公卿以下的冢墓，没收内里的珍宝。
最后放火烧了洛阳宫庙、官府、居家，洛阳二百里内，建筑物全毁，鸡犬不留，董卓便留守在洛阳圬附近。三月乙巳日，献帝到达长安，因董卓未到，便以王允辅政。而董卓在戊午日，因袁绍起兵而杀了其叔父袁隗、袁基及家人，涉及五十多人，包括婴孩、妇女。
虽然如此，联军仍畏惧董卓军强，所以不愿先行，只有曹操认为既然起兵讨董，就应有所行动，所以便率兵向西，准备进驻成皋，张邈亦派卫兹领兵随军。军到荥阳汴水时，遇上董卓大将徐荣，双方交战，曹军因兵少不利，曹操更被箭射中，坐骑也受伤。曹操堂弟曹洪将马给了曹操，曹操不接受，曹洪便说：“天下可无洪，不可无君！”便让曹操上马，自己徒步追从，趁夜逃走。而徐荣见力战了一日，酸枣（古地名）又不是易攻，便率领兵马回去。曹操回到酸枣后，见联军虽有十多万人，但每日都只在设宴聚会，不图进取，曹操十分不满，便向他们进计：只要袁绍领河内兵到孟津，酸枣将领进驻成皋，占据敖仓，在轘辕、太谷建立营塞，控制险要，袁术则由南阳到丹、析，入武关偷袭关中，那时形势便可大定，又认为如果只是在此不图进取，只会失去天下名望，招来耻辱。但张邈等人不接受，曹操便带夏侯惇等到扬州（非今日之扬州市）募得千多兵，屯兵河内，转属袁绍。
另一方面，孙坚由长沙北上，杀了荆州刺史王睿和南阳太守张咨后，终于与袁术会合，被表为破虏将军、领豫州刺史，部属袁术，准备北攻。冬天，孙坚派长史公仇称回州督促军粮，于城门东外设帐幔，邀请官属为仇称设宴送行。刚好董卓军数万步、骑突然出现，但孙坚仍在行酒令、谈笑自若，整顿部曲，命他们不可妄动。后来董军骑兵渐到，孙坚才起来，徐徐率军入城，对他们说：“我所以不立即起来走避，是怕士兵互相争先，令各人反而不能入城。”董卓军见孙军整齐，不敢攻打而归还。
相持
后孙坚改屯梁东，而董卓派徐荣、李蒙四出虏掠，与孙坚在梁县发生遭遇战，孙军大败，孙坚与数十骑突围而走。因为孙坚喜欢用红色的头巾，被董军认出，便脱下来给了近将祖茂戴上，引开徐荣军骑兵，孙坚则由小路逃出。祖茂被敌军追得困迫，便下马将头巾放在一条烧过的柱上，自己则隐藏在草堆中。骑兵看见头巾，以为是孙坚，便将头巾重重围绕，到近看才发现是柱，便离去。孙军大多兵将被俘，更以残酷手段所杀，如颍川太守李旻就被烹死，其他士卒则以布缠裹，吊起倒立到地，用热油灌杀。另外，屯兵河内的王匡亦派泰山兵屯河阳津，准备进攻，董卓便派出疑兵摆出要由平阴渡河，暗地里派遣精兵从小平北面渡河，绕过王匡军，在后方攻击，在津北大破王军，死者甚多。
韩馥惧怕袁绍危及自己，便一步一步减少对河内、酸枣联军的粮食输送，军粮耗尽后，联军各自回到守地，但各军仍保持盟友关系。同时，刘岱与桥瑁二人一向交恶，刘岱便杀了桥瑁，以王肱领东郡太守。而董卓见盟军撤退，便派韩融、阴修、胡母班、吴循、王瑰想与袁绍等人议和。众人到河内后，王匡告知袁绍，袁绍不答应，要王匡杀死胡母班、王瑰、吴循等。袁术亦杀了阴修，只有因韩融有德名以幸免。
袁绍与韩馥以献帝年幼，而且被董卓控制，相隔关塞，不知献帝是否平安为由，想立刘虞为帝，曹操拒绝参与，而袁术亦反对。袁绍又得到一个玉印，在座位中举向曹操手肘，暗示已经准备一切，可以立刘虞为帝，但曹操只是大笑，暗地里却对袁绍十分厌恶。不过袁绍仍与韩馥等仍于二月推举刘虞为帝，于是派张岐等邀请刘虞讨论事宜。
刘虞怒叱张岐：“现今天下大乱，国君失去政权。我受重恩，但未能清雪国耻。各位据有州郡，应一起合力，尽心为报王室，反而在造反谋反，是互取耻辱呀！”便坚辞不受，韩馥等又想请刘虞领尚书事，但刘虞仍拒绝，更斩杀使者，袁绍等唯有罢手。
同时，在二月孙坚收复散兵，屯兵阳人，董卓便派胡轸为大督护、吕布为骑督及其他多位都督，率五千步骑攻击孙坚。胡轸便扬言要斩杀一个长官，做为整肃军纪手段，各都督听到后都十分讨厌他。当到达离阳人城数十里的广成已是黄昏，兵马疲乏，又受董卓节度，便下扎喂马、休息，准备在夜里出发，次日早上攻城。各将领讨厌胡轸，想要破坏他的计划，吕布等便扬言阳人的士兵已走，应立即追击。胡轸立即出兵，但原来孙坚军已整顿守备，董军无奈，加上吏士饥渴，人马疲乏，唯有就地休息。吕布又大喊有人偷袭，全军混乱，弃甲逃走，骑失马鞍。逃出十多里外，才发现没有追兵，刚好天亮，便舍回兵器，想再攻城，可是军队已被孙军发现，加强了城池防守，胡轸等唯有撤退。孙坚出城追击，大败董卓军，斩杀都督华雄等人。
袁术见孙坚大败董卓军，有人便向袁术进言：“假如孙坚得到洛阳，便无法制衡他，这是除去狼而反招来虎呀。”袁术心疑，便不运军粮给孙坚。孙坚便连夜赶回鲁阳，严辞切责袁术，袁术惭愧，立即调发军粮，孙坚亦回到阳人。董卓亦闻孙坚如此厉害，便派李傕游说孙坚和亲，更称可以令其子弟们担任刺史、郡守，但孙坚大骂董卓，一口拒绝。立即进军大谷，董卓亲自率兵与孙坚在先帝陵墓间发生战斗，董卓败走，移屯渑池，另在陕集兵。
孙军便进入洛阳宣阳城门，击退吕布。孙坚扫除宗庙，祭祀天地，分兵出函谷关，到新安、渑池防御董卓军。董卓对长史刘艾说关东军就只有孙坚才是值得注意，要各路人马留意。便留董越屯兵渑池，段煨屯兵华阴，牛辅屯兵安邑，其他将领留守各县，对制衡山东，自己则出发向长安。而孙坚修塞各陵后，便率军还鲁阳。洛阳因破坏严重，只成为董卓与关东军对抗的屯兵地方而已。虽然孙坚攻进了洛阳，但联军中的各群雄在这战役中大多都结下仇怨，由一起对抗董卓，转为开拓自己的领土，董卓讨伐战中在没有得到大的成果下，便告结束。
结果
此次战役，虽然名义上是联合讨伐，实际各群雄却互相估量对手、保存自身实力，为此结下不少仇怨。联盟中两个最有人望的群雄袁绍、袁术反而是最先挑起内斗的人，袁绍首先用计夺取了韩馥的冀州，与公孙瓒开战。而袁术拥有南阳，与新任的荆州刺史刘表交恶，其麾下在讨伐董卓中威名远扬的孙坚在攻打刘表时中伏战死。其后袁家两兄弟决裂，形成中原混战。其后，曹操因私怨进攻徐州陶谦；刘岱、桥瑁、张杨等较弱势力也纷纷明争暗斗；及孙坚部下拥立孙坚长子孙策亦进攻江东各地，割据一方。由于朝廷名义上和实际上都已经被奸臣董卓控制，各地诸侯间公开的杀戮也已经无人能管束，甚至再也不需要假借任何名义，三国割据战乱弱肉强食从此全面展开。
而董卓到了长安后，并没有减少恐怖的统治，反而变本加厉，自称太师，更欺压大臣、残杀百姓、奢侈挥霍、独裁凶残，令朝中大臣憎恨不已，司徒王允连同黄琬、尚书仆射士孙瑞、杨瓒等密谋要杀死董卓，连络上负责董卓警卫的中郎将吕布以及董卓部下的骑都尉李肃。
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