与此同时，马腾见刘备已经离去，边境的告急文书也频频传来，于是他也返回了西凉州。刘备的军队抵达徐州，徐州刺史车胄出来迎接。在公宴结束后，孙乾、糜竺等人都来参见刘备。刘备回到家中探望家人，同时派人去探听袁术的消息。探子回报说：“袁术太过奢侈无度，导致手下雷薄、陈兰都投奔了嵩山。袁术的势力已经十分衰败，他只好写信给袁绍，让出帝号。袁绍派人去召见袁术，袁术便收拾人马和宫中的御用物品，先来到徐州。”

刘备得知袁术即将到来，于是率领关羽、张飞、朱灵、路昭等五万大军出征，正好迎面撞上袁术的先锋纪灵。张飞二话不说，直接冲向纪灵。两人交战不到十个回合，张飞大喝一声，将纪灵刺于马下，袁术的败军四散奔逃。袁术亲自率领军队前来交战。刘备分兵三路：朱灵、路昭在左翼，关羽、张飞在右翼，刘备亲自率领中路军队与袁术交战。刘备在军旗下责备袁术说：“你反叛朝廷，我今天奉旨前来讨伐你！你应该束手就擒，以免罪加一等。”袁术大骂：“你这个编席织履的小辈，竟敢轻视我！”于是挥兵杀来。刘备暂时退却，让左右两路军队杀出。杀得袁术军队尸横遍野，血流成河；士兵们逃亡，数量无法计算。袁术的钱粮草料又被嵩山的雷薄、陈兰劫走。袁术想回寿春，又被群盗袭击，只能停留在江亭。手下只剩下一千多名老弱病残的士兵。当时正值盛夏，粮食断绝，只剩三十斛麦子，分给士兵们。家人的食物也断绝，多有饿死的人。袁术嫌弃饭食粗糙，难以下咽，便命令厨师用蜜水止渴。厨师说：“只有血水，哪里有蜜水！”袁术坐在床上，大叫一声，倒在地上，吐出了数升血后死去。当时是建安四年六月。后人作诗说：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，其侄袁胤带着袁术的灵柩及袁术的妻子逃往庐江，然而他们不幸被徐璆追上并全部杀害。徐璆从袁胤手中夺得了传国玉玺，并决定前往许都，将玉玺献给曹操。曹操得知此事后，非常高兴，并封徐璆为高陵太守以示嘉奖。至此，传国玉玺再次回到了曹操的手中。

刘备得知袁术已经死去，便立即写了一份奏表上报朝廷，并同时写了一份书信给曹操。在书信中，他命令朱灵、路昭两人返回许都，而他自己则留下军队保卫徐州。同时，刘备亲自出城，招抚那些因战乱而流离失所的百姓，鼓励他们回到故土，重新开始生活。

朱灵、路昭回到许都，向曹操报告了刘备留下军队的事情。曹操听后大怒，想要斩首二人。荀彧劝说：“刘备已有军权，他们二人也无可奈何。”曹操这才赦免了他们。荀彧又说：“可以写封信给车胄，让他在内部图谋刘备。”曹操听从了他的计策，暗中派人去见车胄，传达了曹操的命令。车胄随即请陈登商议此事。陈登说：“这件事很容易。现在刘备出城招抚百姓，不久就会回来；将军可以命令士兵埋伏在瓮城边，假装去接他，等他的马一到，就一刀杀了他；我在城上射住他的后军，大事可成。”车胄听从了他的建议。陈登回去见父亲陈珪，把事情的经过告诉了他。陈珪命令陈登先去报知刘备。陈登领了父亲的命令，飞马去报信，正好遇到了关羽和张飞，告诉了他们这个计划。原来关羽和张飞先回来了，刘备还在后面。张飞一听，就要冲出去厮杀。关羽说：“他埋伏在瓮城边等我们，去了一定会有危险。我有一计，可以杀掉车胄：我们乘夜扮作曹军到徐州，引车胄出城迎接，然后突然袭击杀掉他。”张飞同意了他的计划。他们的部下军队原本就有曹操的旗号，衣甲也都一样。当天夜里三更时分，他们来到城边叫门。城上的人问是谁，众人回答是曹操派来的人马，张文远的人。消息报给车胄，车胄急忙请陈登商议说：“如果不迎接，恐怕会引起怀疑；如果出城迎接，又恐怕有诈。”车胄于是上城回答说：“黑夜难以分辨，等天亮后再相见。”城下的人回答：“只怕刘备知道，赶快开门！”车胄犹豫不决，城外的人一片声叫开门。车胄只好披挂上马，带领一千军队出城；刚跑过吊桥，就大叫：“张文远在哪里？”火光中只见关羽提刀纵马直迎车胄，大叫道：“你这匹夫怎敢心怀奸诈，想要杀我兄长！”车胄大惊，交战不到几个回合，就抵挡不住，拨马便回。到了吊桥边，城上的陈登乱箭射下，车胄绕城而逃。关羽追上来，手起一刀，将车胄砍于马下，割下首级提回，望着城上喊道：“反贼车胄，我已经杀了他；你们无罪，投降可以免死！”众军纷纷倒戈投降，军民都安定下来。

关羽带着车胄的首级去迎接刘备，详细说明了车胄企图加害之事，以及自己已将车胄斩首的经过。刘备听后大惊失色，问道：“如果曹操来攻，我们该如何应对？”关羽回答说：“我与张飞会一起迎战他。”刘备懊悔不已，随后进入徐州城。百姓和父老们纷纷伏在道路两旁迎接他。刘备到达府衙后，寻找张飞，发现张飞已经将车胄全家都杀了。刘备担忧地说：“杀了曹操的心腹之人，他怎会善罢甘休？”陈登此时说：“我有一计，可以退却曹操。”这正是：既已孤身离开虎穴，又将妙计熄灭狼烟。至于陈登的计策是什么，我们且听下文分解。