185年春，叛軍已達(dá)數(shù)萬人，進軍漢故都長安。朝廷任征討黃巾的名將皇甫嵩為左車騎將軍，防御長安。但皇甫嵩初期無功，因宦官誹謗，上任四個月后于七月被免職。

涼州的持續(xù)叛亂使國庫大損，朝廷不得不課稅、征召勞力以應(yīng)戰(zhàn)。司徒崔烈建議放棄涼州。議郎傅燮則發(fā)表了一篇激動人心的演說，譴責(zé)崔烈，并強調(diào)涼州地處前線的重要性：“涼州官員失和，使整個涼州落入叛逆之手。崔烈身為宰相，不想著為國家想平定它的辦法，卻想割棄一方萬里的土地，臣竊以為疑惑。如果讓左衽的蠻夷占領(lǐng)此地，軍力強盛并作亂，這將是天下最大的顧慮和社稷的深切憂患?！绻蘖也恢肋@一點，他就太蠢了;如果他知道了還這么說，是不忠。”傅燮的說辭打動了漢靈帝，他拒絕了崔烈的建議。傅燮被任為漢陽太守，派往前線。

八月，司空張溫被任為車騎將軍以代皇甫嵩。新任破虜將軍董卓、蕩寇將軍周慎等均在其帳下效力。張溫所部十萬余人馬行至美陽扎營。邊章和韓遂也率本部來美陽作戰(zhàn)，雙方勝負(fù)未分，張溫一度未能取得優(yōu)勢。十一月，一顆流星墜入叛軍營寨，叛軍軍心動搖。董卓趁機突襲，擊潰叛軍，迫使邊、韓向西退入金城郡的榆中(今蘭州附近)。

此戰(zhàn)得勝后，張溫兵分兩路追擊叛軍：周慎率軍三萬攻榆中，董卓率軍三萬追擊湟中義從胡。但周、董都戰(zhàn)敗了。周慎不顧部將孫堅切斷敵軍糧道的建議，結(jié)果自己的糧道反遭敵軍切斷，只得倉皇撤退;董卓在望垣被羌人包圍，糧食耗盡。董卓在河上筑堤壩，作捕魚蝦狀，卻秘密率軍渡河，得以逃脫。羌人想追擊時，因被堤壩攔截的河水太深而無法渡河。此次進攻，諸將中只有董卓全軍而還。

雖然美陽之戰(zhàn)阻止了叛軍向漢朝的心臟地帶進軍，因漢軍進攻失敗，叛軍仍在黃河上游保有勢力。渭河上游河谷成為雙方爭奪的地區(qū)。

地方勢力試圖恢復(fù)中央政權(quán)(186年—187年)約186年冬，叛首邊章病亡，北宮伯玉、李文侯死于內(nèi)訌。新任涼州刺史耿鄙認(rèn)為可以從中取利，試圖在沒有來自其他地區(qū)的大軍援助的情況下在涼州重建漢庭的統(tǒng)治。傅燮試圖勸阻，稱百姓并未習(xí)慣耿鄙這個長官、軍隊也沒有時間建立士氣，但耿鄙仍自行其是。

187年，耿鄙集結(jié)六郡軍隊攻地處西疆的隴西郡。先前因隴西郡太守李相如倒戈，隴西郡為韓遂軍所占。但耿鄙任用貪官程球為治中，讓士紳和百姓寒心。四月，軍隊開至隴西郡治狄道時，耿鄙軍發(fā)生兵變，程球和耿鄙都被殺死。變兵在狄道人王國帶領(lǐng)下加入叛軍，合圍隴西以東的漢陽。傅燮身為漢陽太守，善待百姓，遠(yuǎn)近敬重，叛軍在和他作戰(zhàn)時躊躇了。叛軍數(shù)次試圖說服他逃跑或投降，但盡管人力物力日益短缺，傅燮仍決心誓死守城。在一場孤注一擲的沖鋒中，傅燮陣亡。

此事后，耿鄙下屬軍司馬馬騰率本部投韓遂，共推王國為帥，叛軍一齊劫掠長安周邊地區(qū)。他們也首次統(tǒng)治了整個涼州。張溫因而因平叛失敗被解職。

188年末，朝廷幾乎放棄了收復(fù)涼州的希望，很大程度上讓地方自守。但當(dāng)王國率大軍東進攻長安門戶陳倉時，朝廷再度起用皇甫嵩以解除眼前的危機?；矢︶员蝗螢樽髮④?，帶兵兩萬;董卓也有兩萬部屬，協(xié)助皇甫嵩。當(dāng)皇甫嵩、董卓到陳倉后，董卓敦促皇甫嵩立即解圍?；矢︶詤s不同意，認(rèn)為陳倉防御堅固，不易被攻克，他們只需要坐等王國軍泄氣。王國圍城八十余日，毫無進展。

189年春，王國軍疲勞了，放棄圍城。王國軍休息時，皇甫嵩下令追擊。董卓據(jù)兵家“窮寇莫追(以免其死戰(zhàn))”的道理反對?；矢︶詤s駁回了，認(rèn)為王國撤退不是有組織的，而是斗志全失的結(jié)果。皇甫嵩率本部進攻，留董卓殿后，取得大勝，斬首萬余。董卓為此羞憤，從此滋生對皇甫嵩的怨恨。

陳倉之?dāng)『?，王國被韓遂、馬騰廢黜，原信都令閻忠被推為涼州叛軍的新頭領(lǐng)。但閻忠不久去世，叛軍內(nèi)斗并最終分成三個集團：金城的韓遂集團，渭谷的馬騰集團，枹罕(在今甘肅)的宋建集團。因為叛軍的權(quán)力從起事的少數(shù)民族轉(zhuǎn)移到本土漢人叛軍手中，羌人和月氏人漸漸不再支持叛亂，此后也不再在此亂中起作用。

若非是189年都城洛陽的變故，涼州之亂在此時本可被平定。漢靈帝于189年5月13日駕崩后，大將軍何進被殺，洛陽隨之發(fā)生了戰(zhàn)斗。亂中董卓率邊兵進入洛陽并掌控朝廷，廢漢少帝立漢獻(xiàn)帝，自任相國。年末，全國爆發(fā)起事，在漢朝分裂的背景下，涼州之亂被歸為邊遠(yuǎn)地區(qū)的騷亂。