公孙瓒后来在太守刘君下任御车。在刘太守犯法被发配交州日南时敢于违法乔装成士兵沿途护送，途中刘太守获赦还。公孙瓒归来后因此德行被举孝廉，任为辽东属国长史。有一次公孙瓒跟随数十名骑兵外出巡逻关塞，看到数百名鲜卑骑兵，公孙瓒就退到空亭对随行队伍说：“如不主动进攻必将被杀。”于是手执长矛策马带队冲入鲜卑队伍，杀伤数十人，虽幸于死，自己也损失过半。鲜卑人以此为戒，再不敢轻易越进关塞。公孙瓒升迁为涿县县令。
公元178年－公元184年（光和年间），边章、韩遂叛乱，朝廷从幽州（今北京城西南）征发三千精锐骑兵，并给予公孙瓒都督行事的符节，统帅此三千骑兵。公孙瓒率军到蓟中时，渔阳（今北京市密云西南）人张纯引诱辽西乌桓首领丘力居等叛乱，攻占右北平郡（今河北丰润东南）、辽西郡属国的城市。公孙瓒以三千骑兵追讨张纯等叛贼，立下战功，升为骑督尉。此时，属国乌桓首领贪至王率众归降公孙瓒。公孙瓒又升为中郎将，封为都亭侯，进驻属国，此后的五六年间，与北方游牧民族争战不断。
公元188年（汉灵帝中平五年），公孙瓒与张纯、丘力居等战于辽东属国石门，张纯等大败，张纯于是抛下妻儿逃入鲜卑境内。公孙瓒继续追击，由于太深入，反被丘力居围困于辽西管子城二百余日，粮尽士溃，士卒死伤大半。丘力居军也粮尽疲乏，远走柳城。朝廷诏拜公孙瓒为降虏校尉，封都亭侯，又兼领属国长史。公孙瓒于是统领兵马，守护边境。每次一听到敌人来袭，公孙瓒马上声疾色厉，作战时像是打自己的仇人似的，甚至一直打到夜深。从此乌桓都害怕公孙瓒的勇猛，不敢再来进犯。公孙瓒常与身边数十个善于骑射的人都骑白马，相互间为左右翼，自号“白马义从”。
黄巾之乱时，丘力居钞略青、徐、幽、冀，四州被其害，公孙瓒无法抵御。
朝廷派宗正东海郡（今山东郯城县）人刘虞（字伯安）为幽州州牧。刘虞到任后，派遣使臣到游牧民族中晓以利害，责令他们献上张纯的首级。丘力居等听说刘虞到了，纷纷派遣使者前来沟通归附之事。公孙瓒担心刘虞立功，暗中派人在途中暗杀这些使者。游牧民族明白此事后，便绕道到刘虞处。刘虞上报朝廷撤掉驻防军队，只留下公孙瓒统万余步兵、骑兵屯驻右北平。
公元189年（汉灵帝中平六年）三月，张纯被其门客王政杀掉并把首级送给刘虞。刘虞因安抚游牧民族有功而被授予太尉之职，封为襄贲侯。不久，又迁刘虞为大司马，公孙瓒为奋武将军，封为蓟侯。
公元191年（汉献帝初平二年），青州黄巾军攻打渤海（今河北南皮东北），聚众三十万，欲与黑山军会合，公孙瓒率步骑两万人在东光南大破青州黄巾，斩首三万余。青州黄巾军弃辎重，奔走渡河。公孙瓒等他们过到一半时出击，再次大败黄巾军，死者数万，俘虏七万余人，车甲财物无数，于是公孙瓒威名大震。
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