劉備逃到了鄴城（冀州的治所，在今河北臨漳西南），袁紹才感到曹操是個強大的敵人，決心進攻許都。原來勸他攻打許都的田豐，這時候卻不贊成馬上進攻。他說：「現在許都已經不是空虛的了，怎麼還能去襲擊呢！曹操兵馬雖然少，但是他善於用兵，變化多端，可不能小看他。我看還是作長期的打算。」
袁紹不聽田豐的話，田豐一再勸諫，袁紹反認為他擾亂軍心，把他下了監獄，他向各州郡發出文書，聲討曹操。公元200年，袁紹集中了十萬精兵，派沮授（沮音ｊū）為監軍，從鄴城出發進兵黎陽（今河南浚縣）。他先派大將顏良渡過黃河，進攻白馬（今河南滑縣）。
這時候，曹操早已率領兵馬回到官渡，聽到白馬被圍，準備親自去救。他的謀士荀攸勸他說：「敵人兵多，我們人少，不能跟他硬拚。不如分一部分人馬往西在延津（在今河南延津西北）一帶假裝渡河，把袁軍主力引到西邊。我們就派一支輕騎兵到白馬，打他個措手不及。」
曹操採納了荀攸的意見，來個聲東擊西。袁紹聽說曹操要在延津渡河，果然派大軍來堵截。哪兒知道曹操已經親自帶領一支輕騎兵襲擊白馬。包圍白馬的袁軍大將顏良沒防備，被曹軍殺得大敗。顏良被殺，白馬之圍也解除了。
袁紹聽到曹操救了白馬，氣得直跳腳。監軍沮授勸袁紹把主力留在延津南面，分一部分兵力出擊。但是袁紹心急火燎，不聽沮授勸告，下令全軍渡河追擊曹軍，並且派大將文丑率領五六千騎兵打先鋒。這時候，曹操從白馬向官渡撤退。聽說袁軍來追，就把六百名騎兵埋伏在延津南坡，叫兵士解下馬鞍，讓馬在山坡下蹓躂，把武器盔甲丟得滿地都是。
文醜的騎兵趕到南坡，看見這樣子，認為曹軍已經逃遠了，叫兵士收拾那丟在地上的武器。曹操一聲令下，六百名伏兵一齊衝殺出來。袁軍來不及抵抗，被殺得七零八落。文丑也糊里糊塗地丟了腦袋。
兩場仗打下來，袁紹一連損失了他手下的顏良、文丑兩員大將，袁軍將士打得垂頭喪氣。但是袁紹不肯罷休，一定要追擊曹操。監軍沮授說：「我們人儘管多，可沒像曹軍那麼勇猛；曹軍雖然勇猛，但是糧食沒有我們多。所以我們還是堅守在這裡，等曹軍糧草完了，他們自然會退兵。」
袁紹又不聽沮授勸告，命令將士繼續進軍，一直趕到官渡，才紮下營寨。曹操的人馬也早已回到官渡，佈置好陣勢，堅守營壘。
袁紹看到曹軍守住營壘，就吩咐兵士在曹營外面堆起土山，築起高台，讓兵士們在高台上居高臨下向曹營射箭。
曹軍只得用盾牌遮住身子，在軍營裡走動。
曹操跟謀士們一商量，設計了一種霹靂車。這種車上安裝著機紐。兵士們扳動機紐，把十幾斤重的石頭發出去，打坍了袁軍的高台，許多袁軍兵士被打得頭破血流。
袁紹吃了虧，又想出一個辦法。他叫兵士在深夜裡偷偷地挖地道，打算從地道裡鑽到曹營去偷襲。但是他們的行動早被曹軍發現。曹操吩咐兵士在兵營前挖了一條又長又深的壕溝，切斷地道的出口。袁紹的偷襲計劃又失敗了。
就這樣，雙方在官渡相持了一個多月。日子一久，曹軍糧食越來越少，兵士疲勞不堪。曹操也有點支持不住，寫信到許都告訴荀彧，準備退兵。荀彧回信，勸曹操無論如何要堅持下去。
這時候，袁紹方面的軍糧卻從鄴城源源不斷地運來。袁紹派大將淳於瓊帶領一萬人馬運送軍糧，並把大批軍糧囤積在離開官渡四十里的烏巢。
袁紹的謀士許攸探聽到曹操缺糧的情報，向袁紹獻計，勸袁紹派出一小支人馬，繞過官渡，偷襲許都。袁紹很冷淡地說：「不行，我要先打敗曹操。」
許攸還想勸他，正好有人從鄴城送給袁紹一封信，說許攸家裡的人在那裡犯法，已經被當地官員逮了起來。袁紹看了信，把許攸狠狠地責罵了一通。
許攸又氣又恨，想起曹操是他的老朋友，就連夜逃出袁營，投奔曹操。
曹操在大營裡剛脫下靴子想睡，聽說許攸來投奔他，高興得來不及穿靴子，光著腳板跑出來歡迎許攸，說：「好啊！
您來了，我的大事就有希望了。」
許攸坐下來後說：「袁紹來勢很猛，您打算怎麼對付他？
現在你們的糧食還有多少？」
曹操說：「還可以支持一年。」
許攸冷冷一笑，說：「沒有那麼多吧！」
曹操改口說：「對，只能支持半年。」
許攸裝出生氣的樣子說：「您難道不想打敗袁紹嗎？為什麼在老朋友面前還要說假話呢！」
曹操只好實說：「軍營裡的糧食，只能維持一個月，您看怎麼辦？」
許攸說：「我知道您的情況很危急，特地來給您捎個信。現在袁紹有一萬多車糧食、軍械，全都放在烏巢。淳於瓊的防備很鬆。您只要帶一支輕騎兵去襲擊，把他的糧草全部燒光，不出三天，他就不戰自敗。」
曹操得到這個重要情報，立刻把荀攸、曹洪找來，吩咐他們守好官渡大營，自己帶領五千騎兵，連夜向烏巢進發。他們打著袁軍的旗號，沿路遇到袁軍的崗哨查問，就說是袁紹派去增援烏巢的。袁軍的崗哨沒有懷疑，就放他們過去了。
曹軍到了烏巢，就圍住烏巢糧屯，放起一把火，把一萬車糧草，燒得個一乾二淨。烏巢的守將淳於瓊匆忙應戰，也被曹軍殺了。
正在官渡的袁軍將士聽說烏巢起火，都驚慌失措。袁紹手下的兩員大將張郃（音ｈe）、高覽帶兵投降。曹軍乘勢猛攻，袁軍四下逃散。袁紹和他的兒子袁譚，連盔甲也來不及穿戴，帶著剩下的八百多騎兵向北逃走。
經過這場決戰，袁紹的主力已經消滅。過了二年，袁紹病死。曹操又花了七年工夫，掃平了袁紹的殘餘勢力，統一了北方。