此后曹操调整战略，让联军轮流攻城。又连攻数日，于禁率先登城，在城头与梁刚激战百余招，梁刚不敌于禁，被于禁砍成重伤，曹军乘机蚁附而上，西门被攻破，梁刚伤重昏迷，为于禁所擒。
夏侯惇乘机率大军入城，李丰、乐就等人因手下军士哗变，双双被擒。城内袁军无主，纷纷向曹军投降。
李丰、乐就、梁纲不愿投降曹操，都被当众处决。
袁术所造的宫室殿宇被全部烧毁，城池也被劫掠一空。
寿春被攻破，曹吕孙三人忙着分享战争红利，没有继续追杀苟延残喘的袁术。
曹操收得六万多袁军降卒，兵力大盛，将淮南地区据为己有，吕布和孙策不敢与曹操相争。
吕布夺得钱粮无数，又得到朝廷正式承认的徐州牧印信，名正言顺地拥有徐州，也心满意足。
孙策占了丹阳和广陵两郡，再也没有什么可以阻止孙策全取江东。也算实至名归。
此时的袁术，衰败之势已经无法逆转。其部将陈兰、雷薄对袁术极度失望之下，率军发动叛乱，在掠夺了大量粮草后，奔赴于灊山自立。
建安四年（199年），走投无路的袁术，前往灊山投奔雷薄、陈兰。雷薄没有让袁术进入山寨，而是在寨前对袁术喊话道：
“淮南数十万大军尽没，李丰等昔日袍泽尽皆为袁公的皇冠而战死，而时至今日，袁公依然头戴皇冠，不觉得羞愧吗？”
袁术怒道：“吾昔日对你不薄！你为何如此无情？”
雷薄道：“何谓不薄？袁公但听奸妄小人之言，不听忠直之言，故有今日。若袁公听阎主薄之言，何来今日之祸？”
袁术默然无语，想起当初阎象劝谏之言，心中悔恨不已。
雷薄见袁术无语，又开口说道：“袁公此时来见吾等，必致曹军前来追杀。袁公此来，对我等来说，与灾星何异，请袁公速去。”
这是着说袁术是扫把星了。袁术无奈，只好与杨弘和纪灵等亲信，引残军退走。
众叛亲离，穷途末路！
袁术无奈地问计于杨弘道：“杨爱卿可有对策？”
杨弘道：“大势去也，可将将帝号送于袁绍，求袁绍收留。”
于是，袁术写信给袁绍，大致意思是说：“天命离开汉室已经很久了，如今的政令亦是出自曹操私人而非天子和朝堂。英雄豪杰争夺追逐厮杀，分割大汉的疆土，这同周朝末年的七国没有什么两样，只有强大的一方吞并他方。
袁氏禀受天命应当统治天下，符命祥瑞粲然昭著。现在论实力谁都不可能同您争强，我恭敬地将天命送给您，希望您使它振兴。”
袁绍受到袁术的信后，虽然不愿此时接受帝号，但为了整合袁家的实力，还是同意接纳袁术。