劉備乘勝追擊，渡河作戰，攻下了河陰津。命河內太守王匡據守河陽津，自己率軍駐守河陰津。將赤兔馬賜給了關羽，將方天畫戟賜給了張遼。張遼武力大增，感激莫名。劉備揮軍進攻孟津，命張遼為前鋒，關羽、張飛分領左右軍，陳登為中護軍。先在陣前斬殺樊稠祭旗，頓時士氣大振。
董卓疾問李儒對策，李儒無奈道：“唯有主動出擊，才有勝算，否則固守城池，遲早為關東諸侯所滅。相國應該率軍親征，一舉擊垮劉備大軍。”董卓隻好親率三萬大軍，留兩萬守洛陽。兩軍在孟津附近對峙，董卓命李傕率軍奇襲河陰津，準備兩麵夾擊劉備大軍。
劉備詢問陳登，陳登笑道：“將計就計，引董卓來攻，然後咱們以彼之道還施彼身。”劉備於是領軍回援，派關羽據守西山，派張飛駐守東林。大軍撲向河陰津，大敗李傕軍，將李傕殘敵圍在一隅。這時董卓率軍從後路攻來，打算南北夾擊。關羽、張飛紛紛率軍從後路進攻董卓軍，截斷了董卓退路。董卓大驚失色，這才知道中了計。劉備迅速擊潰李傕軍，接著回軍夾攻董卓軍。董卓自知不敵，急忙率殘軍直奔洛陽逃去。
劉備親率大軍逼向董卓大帳，擊潰郭汜軍，揮軍直逼洛陽。不過洛陽城防堅實，易守難攻。董卓率軍三萬據守洛陽，劉備隻剩一萬兵馬，自知攻不下洛陽，隻好駐守孟津等待其餘三路援兵。
董卓自知洛陽難以長久據守，思忖著退往長安。這時虎牢關傳來敗報，曹操率軍攻破虎牢關，斬殺了中郎將徐榮。董卓大怒，咒罵曹操。不久大穀關傳來敗報，袁術率軍攻破梁縣，已經拿下了大穀關等地。董卓又驚又怒，跳腳怒罵。接著五社津傳來敗報，袁紹大軍占領了溫縣，拿下了五社津，前鋒已經逼近河陽津。董卓怒火攻心，一口老血噴出一米外。
董卓無奈退往函穀關，不料西麵傳來敗報，蓋勳占領華陰，阻斷了西進道路。董卓跳腳大罵，一病不起。聽聞各地敗報，董卓軍人心惶惶。呂布、李傕、郭汜等人一合計，聯手誅殺董卓，獻出洛陽。
劉備率軍接管洛陽，命董卓殘軍撤到城外，命人公布董卓十大罪狀，隨後點了天燈。漢獻帝感激涕零，拜劉備為大將軍，領司隸校尉；封呂布為驃騎將軍將軍，進封溫縣侯；封李傕為左車騎將軍，進封池陽侯；郭汜為右車騎將軍，進封美陽侯。賈詡為尚書右仆射，關羽為漢壽亭侯，張飛為宜城亭侯，趙雲、太史慈、黃忠分賜關內侯。
劉備大喜，一邊收拾各處董卓軍，一邊下令命袁紹、袁術和曹操三路大軍就地駐紮，隻身前來洛陽受封。函穀關守將段煨歸順朝廷，駐守陝縣的董卓軍也紛紛被蓋勳接管。至此董卓勢力被瓜分殆盡，全部歸順。
河北軍駐紮河內，副盟主袁紹領韓馥大將潘鳳、劉虞大將公孫瓚、丁原部將張揚等人前往洛陽；中原兵駐守虎牢關，副盟主曹操率陶謙大將曹豹、孔伷、鮑信、橋瑁、張邈、張超、孔融等人前往洛陽；江南軍駐守新城，副盟主袁術率孫堅、劉表大將文聘、劉焉大將張魯等人前往洛陽。
劉備趁機上書請求漢獻帝收回各地軍權，以免尾大不掉。獻帝無奈道：“如今各地擁兵百萬，朕……萬一他們不同意，那該怎麼辦？”劉備不屑一笑道：“臣手握重兵，他們如果敢不同意，微臣立刻興兵征討！請陛下收回兵權，重重封賞，讓他們世代富貴，諸侯沒有理由不同意。”漢獻帝隻好照準。
幾日後眾人齊聚一堂，劉備先與眾人舉行碰頭會。酒過三巡，劉備趁機道：“現在天下已經安定，兵馬太多，一是耽誤生產，二是徒耗錢糧，三是加重百姓負擔，不如精簡兵馬，歸權於陛下，諸位覺得如何？”眾人鴉雀無聲，有的假裝喝醉，不肯接招。劉備大怒：“如果諸位不放心，我劉備願意先交出兵權，返回中山國。”