後孫堅改屯梁東，而董卓派徐榮、李蒙四出虜掠，與孫堅在梁縣發生遭遇戰，孫軍大敗，孫堅與數十騎突圍而走。因為孫堅喜歡用紅色的頭巾，被董軍認出，便脫下來給了近將祖茂戴上，引開徐榮軍騎兵，孫堅則由小路逃出。祖茂被敵軍追得困迫，便下馬將頭巾放在一條燒過的柱上，自己則隱藏在草堆中。騎兵看見頭巾，以為是孫堅，便將頭巾重重圍繞，到近看才發現是柱，便離去。孫軍大多兵將被俘，更以殘酷手段所殺，如潁川太守李旻就被烹死，其他士卒則以布纏裹，吊起倒立到地，用熱油灌殺。另外，屯兵河內的王匡亦派泰山兵屯河陽津，準備進攻，董卓便派出疑兵擺出要由平陰渡河，暗地裏派遣精兵從小平北麵渡河，繞過王匡軍，在後方攻擊，在津北大破王軍，死者甚多。
二月，孫堅收複散兵，屯兵陽人，董卓便派胡軫為大督護、呂布為騎督及其他多位都督，率五千步騎攻擊孫堅。
“都給我嚴肅點，不要讓我找到機會，我今天一定要殺個長官，以整肅軍紀。”胡軫揚言道，可他這話一出就範眾怒了，各都督聽到後都十分討厭他，尤其是呂布，他早就對自己沒當大都護很不滿了。
當到達離陽人城數十裏的廣成時已是黃昏，兵馬疲乏，又受董卓節度，便下紮喂馬、休息，準備在夜裏出發，次日早上攻城。各將領討厭胡軫，想要破壞他的計劃，呂布等便揚言陽人的士兵已走，應立即追擊。胡軫立即出兵，但原來孫堅軍已整頓守備，董軍無奈，加上吏士饑渴，人馬疲乏，唯有就地休息。呂布又大喊敵人偷襲，全軍混亂，棄甲逃走，騎失馬鞍。逃出十多裏外，才發現沒有敵人，剛好天亮，便舍回兵器，想再攻城，可是軍隊已被孫軍發現，加強了城池防守，胡軫等唯有撤退。孫堅出城追擊，大敗敵軍，斬殺都督華雄等人。
袁術見孫堅大敗董卓軍，有人便向袁術進言：“假如孫堅得到洛陽，便無法製衡他，這是除去狼而反招來虎呀。”袁術心疑，便不運軍糧給孫堅。
孫堅見剛打了個勝仗，袁術就斷了他糧，便連夜趕回魯陽，嚴辭切責袁術，說道：“公路，你怎麼這麼糊塗呢，我們組織聯軍的目的就是要討伐董卓，我做到了，我窮盡家底從長沙打到洛陽，現在就快要成功了，你竟然阻止我，你說，你到底是何居心。”
聽了孫堅的一番話，袁術慚愧，立即調發軍糧，孫堅亦回到陽人。董卓亦聞孫堅如此厲害，便派李傕遊說孫堅和親，更稱可以令其子弟們擔任刺史、郡守，但孫堅大罵董卓，一口拒絕。立即進軍大穀，董卓親自率兵與孫堅在先帝陵墓間發生戰鬥，董卓敗走，移屯澠池，另在陝集兵。孫軍便進入洛陽宣陽城門，擊退呂布。孫堅掃除宗廟，祭祀天地，分兵出函穀關，到新安、澠池防禦董卓軍。董卓對長史劉艾說關東軍就隻有孫堅才是值得注意，要各路人馬留意。便留董越屯兵澠池，段煨屯兵華陰，牛輔屯兵安邑，其他將領留守各縣，對製衡山東，自己則出發向長安。洛陽雖然已被董卓搬走了許多財富，但還是留下了一座城和城裏的幾百萬百姓，孫堅不忍放棄，但這麼多的百姓，他一個人也吃不下，便和聯軍瓜分了這些人口和整個洛陽地區，雖然孫堅攻進了洛陽，但聯軍中的各群雄在這戰役中大多都結下了仇怨，由一起對抗董卓，轉為開拓自己的領土，董卓討伐戰在沒有得到大的成果下，便告結束。