董卓惧怕孙坚的勇武威猛，派部将李傕前往劝说，想与孙坚结为婚姻之好，并且让孙坚开列子弟中能任刺史、郡守的名单，答应保举任用他们。在利诱面前，孙坚一身正气，他义正辞严地说：“卓逆天无道，荡覆王室。今不夷汝三族，悬示四海，则吾死不瞑目。岂将与乃和亲邪”(《三国志·吴书·孙破虏传》)当即下令向大谷进军。部队一直挺进到距离洛阳九十里的地方。

　　孙坚拒绝董卓，不仅表现了他卓荦不群的英雄气概，也使得董卓大有感触。董卓曾对长史刘艾说：“关东的部队屡遭失败，都怕了我，只有孙坚，颇能用人，应该告诉将领们，让他们有所防范。当年我和周慎到金城去征讨边章、韩遂，我曾请示张温，希望率部驻扎在后，为周慎作后续部队，以备万一，张温不听。我当时便上书，说明形势利弊，并预料周慎一定不会成功。这些，台阁中均有记载。事情还没有结果，张温又派我讨伐先零叛羌。以为这样一来，西土就可一举扫平了。我明知此事不会成功，但又无法阻止。只好领兵出发，不过，我留了一手，让别部司马刘靖率领四千军队驻扎在安定，营造声势，以为呼应。所以，当叛羌要截断我的归路时，我运军轻轻一击，他们便让开了道路，因为他们害怕，因为我在安定地方有军队策应。叛羌以为我们在安定有几万人马，其实不过是刘靖那四千人罢了!孙坚当时跟着周慎，也曾向周慎献计，愿意自己率兵一万，先到金城，而让周慎引兵二万驻扎在后，以为接应。边章城中粮食不多，要到外面运粮，他们害怕周慎后续大军，一定不敢轻易与孙坚交战，而孙坚的兵又足以断绝他们运粮的道路。当时，如果采用孙坚之计，或许能够平定凉州，可惜周慎小儿，未用其计。张温不用我的计谋，周慎又不听孙坚的建议，结果终于失败。当时，孙坚小小一个佐军司马，见解与我大致相同，确有过人之处，其才可用!”

　　刘艾说：“孙坚虽然时出奇计，但到底不如李傕、郭汜。听说他在美阳亭北，率领一千多人与敌合战，差一点丢了命呢!”董卓说：“孙坚当时率领的是乌合之众，兵不如虏精，且战有利钝，不可完全以成败论。不过，这回他跟从诸袁小儿，倒真是自寻死路了!”董卓还说：“只要杀掉二袁、刘表、孙坚，天下自然会服从我!”

　　董卓亲自引兵与孙坚交战，结果遭到孙坚重创，他留下吕布掩护，自己转守渑池和陕城。孙坚挥兵，进攻洛阳，与吕布接战，吕布最终不敌而败走，孙坚大军进入洛阳。当时洛阳空虚，数百里内没有烟火。孙坚入城，见此惨状，无限惆怅，潸然泪下。他命令部队清扫汉室宗庙，用太牢之礼祭祀。

　　一个偶然的机会，孙坚得到了汉王朝的传国玉玺。据裴松之《三国志》注引《吴书》记载，孙坚当时驻军洛阳城南，附近的甄官井上，早晨有五彩云气浮动，众军惊怪，没人敢去汲水。孙坚命人下到井内，打捞出了传国玉玺，玺方圆四寸，上纽交五龙，缺一角，文字是“受命于王，既寿永昌。”人们说，这是当年张让等作乱，劫持天子出奔，左右分散，掌玺人投到井中的。

　　孙坚整饬部队，分兵出新安、渑池间进击董卓。为防孙坚再来进击，董卓便留董越屯兵渑池，段煨屯兵华阴，牛辅屯兵安邑，其他将领留守各县，制衡山东群雄，自己则退往长安。孙坚修复被董卓挖掘的汉室陵墓，引兵回到鲁阳。