公元198年，袁紹跑到冀州，打敗了佔據在那兒的公孫瓚，然後把青州、幽州、并州全部佔為己有，經過一段時間的發展，袁紹已經擁有了十萬大軍。曹操當時只有兩萬人馬，從實力上來看，袁紹算得上是當時割據勢力中最強大的。曹操人馬雖少，但他時刻想著要把袁紹滅掉，而在這之前，他必須先壯大自己的勢力。
曹操首先對盤踞在壽春（今安徽壽州）的袁術發動進攻，沒用多少時間就把袁術的軍隊打得落花流水，逼得袁術棄城逃跑，投奔了袁紹。接著曹操暗中命人在河內郡挑起事端，再發兵攻打，最後佔領了河內郡。這個時候，曹操的領土差不多包括了黃河以南、淮、漢以北的大部分地區，而袁紹正好位於黃河下游以北的地區，兩個人形成了對立局面。
起初袁紹沒有把曹操放在眼裡，如今曹操勢力與日俱增，袁紹不得不開始注意曹操的動靜。袁紹想要稱帝，曹操成了第一個對他設置障礙的人，這麼一來，袁紹覺得很有必要把曹操消滅掉。公元200年，袁紹命將領顏良帶著十萬大軍，一萬多匹戰馬，準備南下進攻許都。
曹操早就想和袁紹大戰一場，如今機會來了，自然很興奮。但是他的部下卻憂心忡忡，很多人認為袁紹兵強馬壯，勝利的機會非常渺茫，曹操卻不以為然。他對袁紹十分瞭解，認為袁紹完全沒有別人說的那麼厲害，只是一個妄自菲薄的小人，根本不懂得用兵打仗，還對手下人態度惡劣，可以說，袁紹在軍中不得人心。所以曹操不懼怕袁紹，他把自己所有的兵力都集中起來，先讓臧霸帶著一隊士兵從琅琊（今山東臨沂北）到達青州，佔領齊郡（今山東臨淄）、北海（今山東昌樂）和東安（今山東沂水縣），防止袁紹部隊從許都的東面進行偷襲。然後派另一隊人馬駐紮在關中，並想辦法佔領涼州。曹操自己也帶著一批人馬在冀州黎陽布下防線，另外還在官渡（今河南中牟東北）安排了士兵。
兩萬人馬對十萬大軍，獲勝的可能確實很微小，因此曹操沒有把兵力分散出去，而是集中守住幾個重要的地方，這種做法無疑是正確的。尤其是官渡這個地方，水利交通發達，四面都是比較重要的城鎮，而且還是許都東北面的重要關口，如果不守住這兒，許都一定會被袁紹攻破。
正在曹操緊張地部署防備時，劉備首先對曹操發起進攻。當時劉備從曹操手下逃跑，並且佔領徐州，令曹操大為光火，如今劉備經過一段時間的休整和發展，手下已經有了一萬多人，還佔領了下邳和沛縣。他聽到袁紹準備討伐曹操的消息，便和袁紹聯合起來，由他先一步發起進攻，讓曹操措手不及。然而劉備才剛剛出兵，曹操就親自率領軍隊朝沛縣攻了過來，沒多久就佔領了沛縣，還抓住了關羽，劉備則跑到袁紹那兒躲了起來。
顏良先圍攻白馬城，曹操率兵迎戰。他故意把部隊帶到延津（今河南延津北，在白馬以西），讓顏良以為他們要從那兒過河，袁軍果然上當，顏良派一隊人馬來延津攻打曹軍，曹操看準時機，突然帶軍殺回白馬，打得顏良措手不及。曹軍士氣高漲，袁軍節節敗退，顏良最後被曹操殺死，白馬城歸曹操所有。
袁紹聽到顏良陣亡的消息，大吃一驚，想到自己損失了一名大將，不由得十分痛心。但他仗著自己兵馬充足，還是沒有把曹操放在眼裡。袁紹命大軍兵分兩路，從東、西兩方向圍攻官渡，曹操出兵迎戰，但被袁軍打敗，退了回去。之後曹操又發動了幾次進攻，全部以失敗告終。袁紹修建了很多高高的木樓，還用沙土堆出一個個小山丘，弓箭手就站在木樓上，或者埋伏在山丘後面，朝曹營放箭，射殺了很多曹軍。曹操的一個謀士想了個好辦法，他讓士兵們製造出一種能夠把石頭拋出去的霹靂車，大塊的石頭從半空中砸落在木樓上，不但毀壞木樓，還砸死了不少袁軍。袁紹見計謀失敗，又想出挖地道的方法，打算從地下偷襲曹營，可是曹操發覺了袁軍的計劃，那些地道隨即就被曹軍用土封住了。
三個月時間過去了，曹軍和袁軍多次交戰，誰也沒有取得實質性的勝利。如果一直僵持下去，曹軍會因為糧草缺乏而被袁軍打敗，曹操急得不知該怎麼辦才好，士兵們精神不濟，信心大減，這樣下去後果不堪設想。
正在這時，袁紹從後方又調集了很多糧草存放在烏巢（今河南延津東南），由將領淳於瓊看守。而此時曹軍的糧食只能支撐一個月時間，情況十分危機。正在這時，袁紹手下的謀士許攸因為得不到器重，前來投靠曹操，並給曹操獻上了火燒烏巢的計謀。曹操大喜，把許攸奉為上賓，仔細和他商討突襲烏巢的計劃，隨後便親自帶著精銳的騎兵，舉著袁紹的軍旗，悄悄來到袁軍存放糧食的地方。曹軍在烏巢四處縱火，糧倉瞬間被大火侵吞，袁軍士兵被火光和叫喊聲嚇得六神無主，竟然忘記了抵抗，被曹軍殺了好幾萬人，淳於瓊也被殺死。
火燒烏巢後，曹軍一鼓作氣朝袁軍營地進攻，很多袁軍將領聽到淳於瓊被殺之後，紛紛向曹操繳械投降，加上曹軍又斬殺了七萬多袁軍，袁紹的人馬已經少之又少。眼看大勢已去，袁紹也顧不得殘兵敗卒，一個人逃了回去。至此，這場戰爭以曹操的勝利而告終。
官渡之戰是中國歷史上以少勝多的著名戰役之一，曹操僅憑兩萬多人，打敗了袁紹的十萬大軍。官渡之戰後，袁紹一直沉浸在兵敗的低迷情緒中，不久便抑鬱而死。曹操趁機把袁紹餘部一網打盡，並逐步統一了北方地區。