当时，郭嘉和程昱刚刚考核完钱粮回来，得知曹操已经派遣刘备进军徐州，慌忙进来劝谏说：“丞相为什么让刘备督军？”曹操说：“是为了截击袁术。”程昱说：“当初刘备担任豫州牧时，我们请求杀了他，丞相不听；今天又给他军队，这就像放龙入海，纵虎归山。以后再想制服他，怎么可能呢？”郭嘉说：“丞相即使不杀刘备，也不应该让他离开。古人说：一日纵敌，万世之患。希望丞相明察。”曹操同意了他们的意见，于是命令许褚带领五百士兵前去，务必要追回刘备。许褚答应一声就去了。
刘备正行军之间，只见后面尘土飞扬，快速赶来，对关羽、张飞说：“这必定是曹兵追来了。”于是下令扎营，命令关羽、张飞各自拿着武器，站在两边。许褚赶到后，看到刘备的严兵整甲，便下马进营见刘备。刘备问：“你来这里干什么？”许褚说：“奉丞相之命，特意请将军回去，另有商议。”刘备说：“将在外，君命有所不受。我已经见过皇帝，又蒙丞相嘱托。现在没有其他事情可议，你可以速速回去，为我禀告丞相。”许褚想：“丞相与刘备一向交好，这次又没有教我来厮杀，只得将他的话回复，另候裁决罢了。”于是辞别刘备，领兵回去。回去见曹操后，详细叙述了刘备的话。曹操犹豫不决。程昱、郭嘉说：“刘备不肯回兵，可知他已经有反心了。”曹操说：“我有朱灵、路昭两人在他那里，料想刘备未必敢反。况且我已经派遣他出去了，怎么可以反悔？”于是不再追刘备。后来有人写诗叹息刘备说：“束兵秣马去匆匆，心念天言衣带中。撞破铁笼逃虎豹，顿开金锁走蛟龙。”
马腾得知刘备已经离开徐州了，边境的情报又紧急起来，也返回西凉州去了。玄德兵抵达徐州后，刺史车胄出城迎接。公共宴会结束后，孙乾、糜竺等都前来参见。刘备回家探望老小，一面差人探听袁术的消息。探子回报说：“袁术奢侈太过，雷薄、陈兰都投奔嵩山去了。袁术的势力很衰弱，于是写信让帝号给袁绍。袁绍派人召袁术前来，袁术便收拾人马、宫禁御用之物先到徐州来。”
刘备得知袁术即将抵达，于是率领关羽、张飞、朱灵、路昭五万大军迎敌。先锋纪灵率先冲阵，张飞见状，毫不废话，直接冲向纪灵。两人交手不过十个回合，张飞大喝一声，将纪灵刺于马下，败军四散奔逃。
袁术亲自引军前来交战，刘备分兵三路应对。朱灵、路昭在左翼，关羽、张飞在右翼，刘备自领中路，与袁术对峙。在门旗下，刘备大声斥责袁术：“你反逆不道，我奉天子明诏前来讨伐你！你应当束手就擒，免受罪行。”袁术听后怒骂：“你这个织席编屦的小辈，竟敢小瞧我！”随即指挥士兵冲锋。
刘备暂时后退，命令左右两路军队杀出。袁术军队在三国猛将的攻击下瞬间溃散，尸横遍野，血流成渠，兵卒逃亡者不计其数。嵩山的雷薄、陈兰又趁机劫走了他们的钱粮草料。袁术欲回寿春，却被群盗所袭击，无奈之下只得住于江亭。此时他手下只剩下一千余众，而且大多是老弱病残。
当时正值盛夏酷暑，粮食短缺，最后只剩下三十斛麦子，袁术只好将其分派给军士。他的家人没有食物，许多人饿死。袁术嫌弃饭食粗糙，难以下咽，于是命令厨师取蜜水止渴。厨师回答说：“只有血水，哪有蜜水！”袁术坐于床上，大叫一声，倒在地上，吐血而死。当时正是建安四年六月。
后来有人写诗讽刺袁术：“汉末刀兵起四方，无端袁术太猖狂。不思累世为公相，便欲孤身作帝王。强暴枉夸传国玺，骄奢妄说应天祥。渴思蜜水无由得，独卧空床呕血亡。”袁术死后，他的侄儿袁胤带着灵柩和妻子投奔庐江，却被徐璆杀死。徐璆夺得玉玺，前往许都献给曹操。曹操大喜，封徐璆为高陵太守。此时玉玺归于曹操手中。
却说刘备得知袁术已死，便写下表章申奏朝廷，并书信呈给曹操，命令朱灵、路昭回许都，留下军马保卫徐州。自己则亲自出城，招揽流散的人民回到故乡重新安居乐业。
朱灵、路昭回到许都见曹操，说刘备留下了军马。曹操大怒，要斩二人。荀彧说：“权力归于刘备，二人也是无可奈何的。”曹操于是赦免了他们。荀彧又说：“可以写信给车胄，让他趁机从内部图谋刘备。”曹操听从了他的计策，暗地派人去见车胄，传达曹操的意旨。
车胄随即请陈登商议此事。陈登说：“此事极易办到。现在刘备出城招揽民众，不久将返回；将军可以命令军士埋伏在瓮城边，只作出迎接他的样子，待他一到，一刀斩了他；我在城上用箭射住后军，大事便可成功。”车胄听从了他的计策。
陈登回去见父亲陈珪，详细说了此事。陈珪命令陈登先去报知刘备。陈登领命，飞马去报，正遇上关羽、张飞，告诉他们如此如此。原来关、张二人先回徐州，刘备还在后面。张飞听完后便要去厮杀。关羽说：“他埋伏在瓮城边等待我们，若是贸然前去必然有失。我有一计，可以杀掉车胄：乘夜扮作曹军到徐州，引车胄出迎，然后袭击杀了他。”张飞认为此言有理。
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