，皇甫嵩便命令将士扎好火把登上城墙，先派精锐潜出围外，纵火大呼，然后城上点燃火把，与之呼应，因此皇甫嵩借此声势，鸣鼓冲出，而黄巾义军缺乏战斗经验，惊慌散乱，被迫后撤，这时时任骑都尉的曹操也奉命赶来，于是皇甫嵩、曹操、朱儁合兵，乘胜追击，黄巾义军顽强抵抗，数万人战死，皇甫嵩则被封为都乡侯。
接着，皇甫嵩又和朱儁一起乘胜镇压了汝南、陈国地区的黄巾军，并追击波才、进攻彭脱，连连取胜，平定了三郡之地。
八月，皇甫嵩在苍亭击败黄巾卜已部，擒获卜已，屠杀七千多人，这时的张角占据广宗，控制河北腹地，卢植为宦官所诬而被召回，继任的董卓又被张角击败，于是朝廷下诏命皇甫嵩率兵进击，就在这紧要关头，张角突然病死，张梁担起守卫广宗的重任，皇甫嵩攻城是因张梁集中了精锐部队，所以未能得逞，便闭营休兵，以观其变，等到张梁被迷惑，放松了警惕。皇甫嵩立即乘夜调兵，鸡鸣时分冲入其阵，黄巾军仓促应战，张梁战死，阵亡三万多人，但是投河而死的有五万多人，而皇甫嵩焚烧黄巾辎重车三万多辆，将张角“剖棺戳尸，传首京师”。
十一月，皇甫嵩又与巨鹿太守冯翊，攻克下曲阳，杀死张宝，斩杀俘虏十余万人，皇甫嵩将十万人的尸骨筑成了“京观”，因为皇甫嵩的功绩，朝廷任皇甫嵩为左车骑将军，领冀州牧，并晋封皇甫嵩为槐里侯，食槐里、美阳两县的租税，食邑共八千户。
同年，湟中胡人北宫伯玉和先零羌起事，共拥边章、韩遂为帅，攻杀护羌校尉泠徵、金城太守陈懿，并且在公元185年，北宫伯玉等入侵三辅地区，朝廷诏令皇甫嵩回镇长
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