了一段时间的郡县小官吏。刘太守了事，被召去见廷尉，公孙瓒亲自为他驾车，并一直在他边侍奉。

待到刘太守被贬去日南时，公孙瓒备了米和，在北芒山祭祀祖先，举着酒杯说：“过去是家人的儿，今天是人家的臣下，我们将要到日南去，日南有瘴气，可能我们回不来了，在此与祖先们告别了。”又行了大礼，然后意气激昂地站了起来，当时看到这一场面的人，无不欷虚欠叹。刘太守行至中途，得到了赦还的敕书。公孙瓒因为举孝廉，升为郎中，迁升为辽东属国的长史。他有一次带着十几个骑兵巡，路遇数百名鲜卑族骑兵，公孙瓒于是退回一空亭，对他的骑兵们说：“今天我们如果冲不去，就会被杀死呀！”公孙瓒自己拿着矛，两都装上了枪，飞驰去刺杀，杀伤鲜卑族数十人，自己下也死之近半，可是得以免除灭之灾。鲜卑人受到这次惩罚，此后再不敢来捣。公孙瓒被任命为涿县的县令。光和年间，凉州现叛军，朝廷组织了幽州地区突骑三千人，临时提升公孙瓒为都督，行使都督的一切权力，让他带领三千骑兵剿。

队开到蓟中，渔张纯引诱辽西的乌国丘力居等反叛，攻打蓟中，自称将军，又征集蓟中的小官吏、老百姓去攻打右北平、辽西属国诸城，每到一，城池必破，生灵涂炭。公孙瓒带领他的队，征讨、追赶张纯有功，被升为骑都尉。属国的乌贪至王率领他的族向公孙瓒投降。公孙瓒又被升为中郎将，封都亭侯，而驻守辽西属国，与胡人相互攻击五、六年。丘力居等人劫掠青、徐、幽、冀四州，四州受其害。但公孙瓒无力抵抗。朝廷评论宗正官东海刘虞既有德行威仪，又曾任幽州刺史，戎狄等少数民族也曾归附于他，如果派他去镇守安抚，可以不兴师动众而得到安宁，于是便派遣刘虞担任幽州刺史。刘虞上任伊始，即派使者去胡人那里，晓之以利害，并责成他们张纯的首级。丘力居等人听说刘虞回来了，十分兴，各派使者去见刘虞，并将队撤回了各自的领地，公孙瓒害怕刘虞功过自己，偷偷派人杀死丘力居的使者。胡人得知这一消息，改去见刘虞。刘虞撤回了各路人，只留公孙瓒带领步、骑近万人，驻守右北平。张纯丢下妻儿老小，只逃到鲜卑，被他的门客王政所杀，将首级献给了刘虞。王政被封为列侯。

刘虞因为有功被拜为太尉，封襄贲侯。适逢董卓到洛，刘虞又迁升为大司，公孙瓒为奋武将军，封为蓟侯。关东义军讨伐董卓，董卓于是劫持皇帝西迁长安，征召刘虞为太傅，因路途阻隔，这一命令没能传到。袁绍、韩馥等商议，认为皇帝被臣所挟持，天下人心无归，刘虞乃皇帝亲族，而且知名度很，是众望之所归，于是想拥立刘虞为皇帝。派使者去告诉刘虞。刘虞始终不肯答应。袁绍等人又劝说刘虞领尚书事，旧制执掌分封爵位、任命官职的权力，刘虞仍不听，但仍旧与袁绍保持着联系。刘虞的儿刘和任侍中，住在长安。天想从长安回洛，派刘和改装从董卓那里溜来，偷偷武关去找刘虞，让他带兵接自己东返。刘和途经袁术驻地，与他述说了天的意思。但袁术想利用刘虞他的后援，于是行扣下了刘和，不让他去见刘虞，同时保证队向西开，让刘和写信将这件事告诉刘虞，刘虞得到刘和的书信后，派遣数千名骑兵到了刘和那里。公孙瓒得知袁术另有所图，不想派遣军队，也阻止刘虞发兵，刘不听。公孙瓒害怕他劝阻刘虞兵的事被袁术知而遭他怨恨，也派遣他的堂弟公孙越，带领数千骑兵去袁术那里，以便与袁绍结为友好，暗地里又让袁术将刘和抓起来，夺了他的兵权。为此，刘虞与公孙瓒之间的矛盾更了。刘和从袁术那里逃了来，在北的途中又被袁绍扣留。这时候，袁术派孙驻守城，以防御董卓，袁绍派周昂去攻打城。袁术派公孙瓒与孙一起向周昂发动攻，失败，公孙越被箭中，当场死亡。

公孙瓒非常气愤，说：“我弟弟死了，这场灾祸实由袁绍引起。”于是派兵驻扎在磐河一线，准备报复袁绍。袁绍害怕了，将自己的海太守印绶给公孙瓒的另一堂弟公孙范，让他回海郡任太守，想与他拉关系，作为援手。公孙范却带领海兵去帮助公孙瓒，击败了青、徐二州的黄巾军。公孙瓒的士兵斗志更加旺盛，一鼓作气向界桥军。任命严纲为冀州牧，田楷为青州牧，单经为兖州牧，新设了几个郡县。袁绍驻军广川，派麴义作先锋与公孙瓒战，生擒严纲。公孙瓒被打败后撤回海，与公孙范合兵一退守蓟县，在大城的东南面又筑起一座小城，这座小城与刘虞相邻，两人互怀怨恨地对峙着。刘虞担心公孙瓒生变，于是举兵前去攻，被公孙瓒击败，逃往居庸。公孙瓒攻克居庸，生擒刘虞，并将他押回蓟县。适逢董卓去世，天派使者段训来加封刘虞，让他总督六州，公孙瓒被迁升为将军，封易侯。公孙瓒诬告刘虞有自称皇帝的非分作法，胁迫段训杀死刘虞，又让段训幽州刺史。公孙瓒于是显骄矜的样来。他记人之过而忘人之善，很多人被他所害。刘虞的将渔人鲜于辅、齐周、骑都尉鲜于银等人，共率州兵攻打公孙瓒，替刘虞报仇，因为燕国的阎柔向来守信，大家共推他为乌司。阎柔从乌、鲜卑等地招募士兵，共得胡、汉士兵数万人。这支队伍与公孙瓒所设的渔太守邹丹在潞北战，大获全胜，斩了邹丹。

袁绍又派遣麴义及刘虞的儿刘和，带兵与鲜于辅一起攻击公孙瓒。公孙瓒的军队连连败北，于是退到易京固守。在易京城里挖了数十壕沟，在壕内堆起土丘，都有五、六丈，在上面盖房；中间壕里的土堆最，足有十丈，留给自己住，还在那里储存了三百万斛的粮。公孙瓒说：“过去说，天下事可以凭军事力量来决定，今日看来，也不是我所能决定的，不如休兵，田地，养牲畜。兵法说：百楼不易攻破。今天我盖了那么多的楼，吃完这些粮，就可以知天下的定局了。”公孙瓒想以此拖垮袁绍。袁绍派兵去攻打，几年都没有攻破。

建安四年(199)，袁绍大军全面围攻公孙瓒，公孙瓒派儿去向黑山反贼求救，又想自己带领骑兵突围来，凭借西南的山，带领黑山的人，攻击冀州，切断袁绍的后援。长史关靖劝公孙瓒说：“现在将佐、士兵心理上都已不堪一击，他们之所以能守下去，是为了他们的妻儿老小，更以将军您为主心骨啊！将军如果旷日持久地持下去，袁绍势必会撤兵，待他退回去之后，四方的士兵必将会重新聚合起来。如果您舍弃他们而突围，军队失去有力的指挥，易京上会现险情，将军失去了依靠之地，孤独地在旷野上，那能成就什么事呢？”公孙瓒于是打消了突围的念，专等援兵的到来，想内外夹攻袁绍。又派人给儿带去一封信，定下时间带援兵到来，起火把作为接应的信号。袁绍的巡逻兵截获了这封信，到时候起了火把。公孙瓒以为救兵到了，于是领兵城。袁绍设下埋伏，公孙瓒遭到迎痛击，又退回易京城。袁绍挖了地，破坏了公孙瓒的壕沟和住，并上要攻到中京。公孙瓒自知必败，于是悉数杀了家人，又自杀而死。