为了消灭袁绍的盟友曹操，袁术联同朝廷任命的兖州刺史金尚挥军攻击兖州。袁术屯军于封丘，之后又有黑山贼的余部以及匈奴于扶罗等助战，与曹操战于匡亭，但是大败。袁术退保雍丘，南回寿春，守将陈瑀不让其入城，袁术退守阴陵，集合军队攻击陈瑀，陈瑀逃回下邳。袁术又率领余部前往九江郡，杀死了扬州刺史陈温而自领扬州牧，又兼称徐州伯，封部将张勋、桥蕤为大将军。李傕等攻入长安后，想结交袁术，于是授左将军，假节，进封阳翟侯，并派遣太傅马日磾到各地给受封的将军侯爵举行拜授仪式，袁术抢了马日磾所携的军中符节，然后把他关押起来不再放他回去。
兴平元年（194年），袁术攻徐州，与刘备相持于盱眙、淮阴，双方互有胜败。后吕布趁机夺取徐州，袁术于是打败了刘备，占领了徐州广陵等地。以吴景为广陵太守。兴平二年（195年）春正月，曹操军临武平，袁术所置陈相袁嗣降。据《魏略》记载，曹操一次外出时遇袁术部曲追杀，幸得曹真（原名秦真）之父秦邵（字伯南），冒名顶替，袁术部曲误以为他就是曹操，遂杀之而去，使曹操躲过一劫。
袁术一直认为袁姓出自于陈，陈是舜之后，以土承火，得应运之次。又以为谶文云：“代汉者，当涂高也。”说的就是自己，故袁术获得玉玺后，常有称帝的野心和意图。
兴平二年（195年）冬天，董卓余部李傕和郭汜在弘农郡的曹阳涧一带追击汉献帝及公卿百官，保护汉献帝和文武百官的杨奉被凉州军打败，献帝只身逃到黄河北边去了。袁术以为时机已到，召集部属们开会说：“如今刘氏天下已经衰微，海内鼎沸，我们袁家四代都是朝中重臣，百姓们都愿归附于我。我想秉承天意，顺应民心，现在就登基称帝，不知诸君意下如何？”众人听了，谁也不敢再说什么，只有主簿阎象发言道：“当年周人自其始祖后稷直到文王，积德累功，三分天下可说有他们的两分，可他们还是小心翼翼地做殷商王朝的臣子。明公您虽然累世高官厚禄，但恐怕还比不上姬氏家族那样昌盛；眼下汉室虽然衰微，似乎也不能与残暴无道的殷纣王相提并论吧！”袁术听了阎象这番话不吭声，心里却是非常恼怒。
时过不久，河内人张鮍为他卜卦，说他有做皇帝的命，他以此为理由，于建安二年（197年）在寿春称帝，建号仲氏，置公卿，祠南北郊。袁术称帝后，任命九江太守为淮南尹，广置公卿朝臣，还在城南城北筑起皇帝祭祀天帝所用的祭坛。生活上他奢侈荒淫，挥霍无度。后宫妻妾有数百人，皆穿罗绮丽装，精美的食品应有尽有，而他军中的士兵却处于饥寒交迫的状态。在他的腐败统治下，江淮一带民不聊生，许多地方断绝人烟，饥荒之中甚至出现人吃人的现象！