以吳景為廣陵太守。西元195年（興平二年）春正月，曹操軍臨武平，袁術所置陳相袁嗣降。
據《魏略》記載，曹操一次外出時遇袁術部曲追殺，幸得曹真（原名秦真）之父秦邵（字伯南），冒名頂替，袁術部曲誤以為他就是曹操，遂殺之而去，使曹操躲過一劫。（在此之前，秦真被曹操認為義子，改名曹真。）
袁術一直認為袁姓出自於陳，陳是舜之後，以土承火，得應運之次。
又以為讖文雲：「代漢者，當塗高也。」說的就是自己，故袁術獲得玉璽後，常有稱帝的野心。
西元195（興平二年）冬，叛將李傕和郭汜在弘農郡的曹陽澗一帶追擊漢獻帝及公卿百官，保護獻帝和獻廷的楊奉被叛軍打敗，獻帝隻身逃到黃河北邊去了。
袁術以為時機已到，召集部屬們開會說：「如今劉氏天下已經衰微，海內鼎沸，我們袁家四代都是朝中重臣，百姓們都願歸附於我。我想秉承天意，順應民心，現在就登基稱帝，不知諸君意下如何？」
眾人聽了，誰也不敢再說什麼，只有主簿閻象發言道：「當年周人自其始祖后稷直到文王，積德累功，三分天下可說有他們的兩分，可他們還是小心翼翼地做殷商王朝的臣子。明公您雖然累世高官厚祿，但恐怕還比不上姬氏家族那樣昌盛；眼下漢室雖然衰微，似乎也不能與殘暴無道的殷紂王相提並論吧！」
袁術聽了閻象這番話不吭聲，心裡卻是非常惱怒。
時過不久，河內人張鮍為他卜卦，說他有做皇帝的命，他以此為理由，於西元197年（建安二年）在壽春稱帝，建號仲氏，置公卿，祠南北郊。
（《後漢書·袁術傳》：「建安二年，因河內張烱符命，遂果僭號，自稱仲家。」）袁術稱帝后，任命九江太守為淮南尹，廣置公卿朝臣，還在城南城北築起皇帝祭祀天帝所用的祭壇。生活上他奢侈荒淫，揮霍無度。
後宮妻妾有數百人，皆穿羅綺麗裝，精美的食品應有盡有，而他軍中計程車兵卻處於飢寒交迫的狀態。
在他的腐敗統治下，江淮一帶民不聊生，許多地方斷絕人煙，饑荒之中甚至出現人吃人的現象。
同時袁術稱帝的行為，被天下諸侯所不齒，袁術等於成為了大家的敵人，不久就接連遭到孫策、呂布、曹操三方的叛盟與打擊。
首先是孫策在江東脫離袁術而自立，逐走袁術任命的丹楊太守袁胤，並連帶使得袁術的廣陵太守吳景、將軍孫賁在收到孫策的書信後棄袁術投孫策（兩人皆是孫策親戚），使得袁術喪失廣陵、江東等大片土地，勢力為之一挫。
其次是呂布大敗袁術軍，在淮北大肆抄掠；第三是曹操在袁術入侵陳郡時，大敗袁術，袁術再度奔逃到淮南。
其後，袁術於西元197年（建安二年）冬季碰上大旱災與大饑荒，實力嚴重受損，江淮之間處處可見人吃人的慘劇。
當時沛相舒邵（字仲應）勸袁術散糧救饑民，袁術聽後大怒，將斬之。
仲應：「知當必死，故為之耳。寧可以一人之命，救百姓於塗炭。」
袁術受感動，乃下馬牽之曰：「仲應，足下獨欲享天下重名，不與吾共邪？」，乃聽從仲應之言。
然而此時袁術的衰敗已經無法逆轉，後來發生了部曲陳蘭、雷薄叛變，掠糧草奔於灊山的事件。
西元199年（建安四年）走投無路的袁術，將帝號歸於袁紹，想投奔袁紹長子時任青州刺史的袁譚。
結果在路上被曹操派來的劉備、朱靈軍截住去路，袁術不得過。
又退往壽春，中途想要前往灊山投奔他以前部曲雷薄、陳蘭，卻為雷薄等拒絕，留住三日，士眾絕糧，於是又退軍至江亭。
。當時軍中僅有麥屑三十斛。時六月盛暑，袁術欲得蜜漿解渴，又無蜜。嘆息良久，乃大吒曰：「袁術至於此乎！」最後嘔血鬥餘而死。
袁術從弟袁胤畏曹操，不敢居壽春，率其部曲奉術柩及妻子奔廬江太守劉勳。
孫策破劉勳後，收留了袁術的家人。後來袁術兒子袁耀仕吳為郎中，耀女又許配給孫權的兒子。
陳壽曾經評價道：「袁術無毫芒之功，纖介之善，而猖狂於時，妄自尊立，固義夫之所扼腕，人鬼之所同疾。雖復恭儉節用，而猶必覆亡不暇。」「袁術奢淫放肆，榮不終己，自取之也。」