中平二年（185），边章、北宫玉等人率军侵犯三辅，灵帝先是调回皇铺嵩镇守长安，后因为宦官进谗言，以司空张温替之。在这一次讨伐叛军的作战中，张温最终依靠董卓等人成功将叛军赶回了凉州，但其后追击失利。
之后，董卓因为战功被封为千户侯，被朝廷重用，其势力开始飞速发展。
【皇甫嵩被罢】
中平二年（185）三月，韩遂等率领数万骑兵打着诛杀宦官的旗号入寇三辅，侵逼园陵。
当时黄巾之乱刚刚结束，宦官们又开始肆意妄为的祸乱天下，他们先是劝说灵帝对全国的耕地加收田税，每亩十钱，用以修建宫殿，铸造铜人。后又借助灵帝下诏让各州、郡向朝廷进献木材及纹理美观的石料，分批送往京城洛阳。他们在其中强买强卖，弄得民不聊生，乐安太守陆康上书称述利弊，得罪宦官，惨遭流放回家，钜鹿太守司马直吞药自杀，以死上书，才劝阻了灵帝，暂停修宫殿。
为了对付西凉叛军，朝廷诏令刚刚平定黄巾之乱的皇甫嵩回镇长安，同时恢复了因为讨伐张角失利而去职的董卓的职位，准备调他们保卫皇家园陵，但因为皇铺嵩不与宦官们同流合污，被十常侍赵忠、张让打了小报告，遂被罢免降官。
当初皇甫嵩征讨张角时，途经邺地，发现中常侍赵忠住宅超过了规定，便上奏皇帝予以没收。另外，中常侍张让向他索要五千万钱，他不肯给。于是赵忠和张让联起手来，劾奏皇甫嵩连战无功，耗费钱粮。灵帝听信谗言，召回皇甫嵩，收回他的左车骑将军印绶，削夺封户六千。改封都乡侯，食邑二千户。
历史上皇铺嵩在此时有没有带兵出战西凉叛军，这并没有明确记载，不过从时间上来看，皇铺嵩回到洛阳之后，再去长安，应该还没能出兵就已经被召回，降官去职了。
【守卫三辅】
“三辅”又称“三秦”，本指西汉武帝至东汉末年期间，治理长安京畿地区的三位官员京兆尹、左冯翊、右扶风，同时指这三位官员管辖的地区京兆、左冯翊、右扶风三个地方。在西汉时期，“三辅”是国都长安所在地，东汉迁都后，这里的政治地位虽然有所降低，但仍然位于司隶，是大汉的中心区域，有着重要的地位。
皇铺嵩去职之后，朝廷任命司空张温为车骑将军，执金吾袁滂作他的副手，率军征讨北宫伯玉，并任命中郎将董卓为破虏将军，与荡寇将军周慎一起归张温指挥。
张温统率诸郡的步、骑兵十余万驻扎在美阳。边章、韩遂也进军美阳，双方在此交战，初战张温失利。当时张温等人心急如焚，生怕朝廷怪罪，只有董卓却神色自如，劝慰他们说：“现在我们虽然处于不利地位，但只要我们等待时机，稳定情绪，一定能击退敌人。如果连我们当统兵将领的都惊慌失措，势必会动摇军心，给敌人创造进攻我们的机会！”
在当年的十一月，在夜晚有流星如火，长达十余丈，照亮韩遂营中，驴马都发出叫声。韩遂、边章军对都认为这是不祥的预兆，想要退回金城。董卓听说后大喜，第二天，便与右扶风鲍鸿等合并进攻，大破韩遂、边章军，斩首数千级，韩遂等遂退往榆中。
【追击失利】
看见叛军败退，张温派周慎、董卓等人率领三万人追剿边章、韩遂。当时参军事孙坚向周慎建议说：“叛军据守的城中缺少粮食，将从外面运入。我愿率领一万人，截断敌军的运粮道，将军统大军跟在后面接应，叛军必然会因疲惫饥饿而不敢应战，退回羌人腹地。到那时，再合力围剿他们，就可以平定凉州。”周慎没有听从他的建议，率军将榆中城团团围住。而边章、韩遂分兵驻守葵园峡，反而将官军的运粮道路截断。周慎感到恐慌，丢弃辎重撤军。
这一战中只有董卓的部队损失不大，董卓在望垣北被叛军包围，粮食断绝，进退困难。于是在渡过的河上筑了一道堰，装作捕鱼，却悄悄地从堰北后撤回军队。等到贼寇来追他，放的水已经深了，不能渡过。当时各路军队败退，只有董卓军队完整无损地退回，驻扎在扶风，因此董卓被封为帘乡侯，食邑一千户。
战后，张温被董卓非常看不起，孙坚认为董卓倨傲自大，不听命令，无视长官，应该被斩，但张温不忍动手，后董卓上台掌控朝廷，将张温在市街上拷打致死。
【不是胜利的胜利】
在美阳之战中，因为皇铺嵩被宦官赶了下去，让张温有了机会，然而其虽然拥有刚刚经历过黄巾之乱的百战精锐，但因为张温本人的能力实在有限，并没能对叛军产生多大的压制，反而在初期显漏颓势，作为主帅带投慌乱，其表现还不如刚刚恢复官职的董卓。
美阳之战的取胜一方面是因为上天眷顾，敌军营地出现异兆动摇了军心，一方面是董卓等将领曾经抓住了机会，和张温这个主帅其实并没有多少的关系。董卓在美阳之战和其后的追击战中都有着出色的发挥，所以他看不上张温也是很容易理解的。另外就是孙坚在这两次作战中也进一步展露了一个顶级统帅的资质，可惜的是他当时还是一个参军，而不是实权的将领，否则有理由期待其更加优异的表现。
张温等人在美阳击退了叛军，但在其后的追击战中又失利，总体上对于西凉叛军的打击有限，并没有给其严重的创伤，从某种意义上而言也表示了当时东汉朝廷的衰落，所以美阳之战的胜利最终是打个折扣的。
但这一战并不是没有积极的意义，因为西凉叛军在“三辅”一带遭受了第一次重大失利，内部势力开始分化，其叛乱势力也暂时缩回了凉州，西凉乱局被限制在了西凉之内。