漢獻帝建安五年（公元200年）二月，袁紹任命沮授為監軍，統領10萬大軍，從鄴城出發，進攻許昌。袁紹則親率十餘萬冀州精兵到黃河北岸的黎陽，建立自己的指揮部。他派大將郭圖和顏良進攻和黎陽隔岸相對的白馬。袁紹企圖引誘曹操離開官渡，然後一舉消滅曹軍。沮授向袁紹建議：顏將軍雖然勇猛，但驕傲自大，缺少智謀，不適合單獨統兵作戰。可袁紹固執己見，下令迅速渡河，打下白馬。
留守白馬的劉延聽說袁軍來進攻，急忙派人向曹操報告。而此刻，在許昌正展開一場是否抗袁的大辯論。名士孔融被袁紹的表面強大所迷惑，他認為：“袁紹轄地廣闊，擁兵數十萬，文有田豐、許攸這樣的謀土出謀，武有顏良、文丑這樣的勇將打仗，還有審配、逄紀這樣的忠臣效勞。與袁紹對抗，很難取勝。”許多人聽了，都情緒低落，只有一個人挺身而出與孔融抗爭，此人就是曹操的主要謀土荀彧。他說：“袁軍雖兵多，但法不嚴。而且田豐剛愎自用，無法與袁紹長期合作；許攸貪心太重，不能顧全大局；審配專斷，缺乏謀略；逄紀心胸狹小，又驕傲自大。這些謀士到一起怎么能相容呢？至於顏良、文丑這類武將，皆有勇無謀，擒拿他們，對曹公來說，乃小事一樁。”荀彧這一番話，駁倒了孔融，也激勵了將士，增強了勝利的信心。曹操根據大家的建議，決定不和袁紹硬打硬拼，而採取聲東擊西，避實就虛的打法。曹操親率大軍西進延津，以誘惑袁軍主力西移，從而麻痹在白馬的顏良。果不出曹操所料，袁紹立即命令黎陽的守軍趕在曹軍渡河之前到達延津渡口，準備同曹軍決戰。曹軍見袁紹中計，就悄悄率領輕騎，急奔白馬。而此刻圍攻白馬的顏良正一心想困死白馬城內的軍民，他做夢也沒想到曹軍會在一夜之間趕回東邊，同自己決戰，所以毫無迎戰準備。在倉促應戰中，顏良被當時客居於曹營的劉備軍勇將關羽快馬突入軍中一刀劈於下馬。袁軍失去主將，頓時亂了陣腳，劉延也從城裡殺出，同曹操的兵馬兩面夾擊，一舉擊潰了顏良、郭圖的隊伍。
袁紹得知白馬戰敗，又失掉愛將，十分氣惱，緊急命令：全軍渡河，西追曹操。沮授急忙勸阻袁紹：“將軍，目前大軍應該屯在河北岸，只派一路軍隊攻打河南岸的官渡。如果攻下了官渡，我們就有了立足之地，然後大軍方可過河。否則貿然渡河，萬一有了意外，就可能全軍覆沒！”袁紹根本就聽不進勸阻，決意渡河。
袁軍渡過黃河，抵達延津後，袁紹派大將文丑追擊曹操。因為文丑和顏良是好朋友，為了立功和替顏良報仇，他快馬追擊。一路上，到處都是曹軍丟下的車輛物資，山坡上有許多無主的戰馬，袁軍毫不懷疑這是曹軍倉促逃命時丟棄的。於是文丑的部下便爭先恐後地跳下馬，一窩蜂地去搶奪戰利品。其實，他們中了曹操的計謀。此刻，曹操正在山頭觀望呢！一見文丑的隊伍亂了陣，便一聲令下，曹兵就從四面八方圍衝過來，見了袁軍就殺，文丑也同顏良一樣，還沒明白是哪兒來的神兵天將，腦袋就被劈了下來。袁軍全部潰散了。
白馬、延津與曹操的兩次交手，袁軍連連失利，但從總的力量來看，袁軍仍占優勢。袁紹堅決主張渡河同曹操的主力決戰，因為他自恃兵多，不顧沮授的再三勸阻，親率大軍渡過黃河，進駐陽武；又涉過蒗盪渠，直逼官渡。官渡離許昌不到200里，是南北交通的咽喉。如果失掉官渡，那么許昌就失去了屏障。因此曹操盡全力固守官渡，與袁紹相持不下。日子久了，袁紹感到軍糧供應困難，就想方設法儘早結束僵持局面。他命令士兵沿曹營陣地推起土山，築起望樓，讓弓箭手居高臨下，尋找機會向曹營射箭，曹軍死傷不少。不過，曹軍很快就有了對策，他們製造了可以拋發石塊的發石車，只要扳動車上的機關，就可以把大石塊遠遠拋出。發石車拋石時響聲如雷，俗稱“霹靂車”。袁軍的望樓被打得倒坍歪斜，士兵也頭破血流，鬼哭狼嚎。袁紹又想起了挖地道滅公孫瓚的戰術，就命令士兵偷挖地道，直通曹營。曹操就在軍營前挖了一條很深的溝，蓄滿水，只要袁紹的地道一挖到壕溝，水就灌入地道，這又破壞了袁紹的計謀。
儘管曹操打敗了袁紹的多次進攻，但時間一久，糧草供應越來越困難，簡直使曹操陷入一籌莫展的境地。曹操自知比起袁紹，他兵少糧缺，將士們東征西討，南攻北伐，也太疲勞了，恐怕支撐不了多久，便有意撤軍回許都。他寫信給荀彧，荀彧回信，借用了當初劉邦、項羽在滎陽、成皋相持的經驗，說明現在袁、曹兩軍，誰先退誰的氣勢就會受挫。荀彧還表示盡力籌措軍糧，支援官渡。曹操從苟彧那裡得到了信心，他一邊堅守官渡陣地，一邊派騎兵四處偵探，尋找出奇制勝的時機。
時間一晃，袁曹兩軍官渡之戰已僵持半年之久，曹操急於速戰速決，他絞盡腦汁籌劃計謀。突有衛兵來報：從袁軍那邊跑來一個名叫許攸的官員，說有急事求見。許攸是曹操過去的朋友，曹操像對老朋友一樣接待了他。許攸是因為在袁紹那裡受了委屈，來投奔曹操的。原來，在袁紹轟走沮授後，許攸向他獻計說：“曹軍兵少，主力又在官渡與我軍相持半年之久了，想必都城許昌一定空虛。請將軍派一支輕騎兵，趕往許都，一定會毫不費力地得到許昌。”可袁紹卻拍著桌案上的文書，瞪著眼睛，對許攸說：“鄴城來報告說你的家屬犯了法，已被審配逮捕入獄。你連家屬都管不好，怎么還敢在我面前出主意呢？”許攸又氣又羞，無意留在袁營，連夜投奔曹操。曹操聽完，笑著說：“你來到我這兒，大事已經成功了！”許攸向他一一介紹了烏巢的糧情和兵情，而且建議曹操派兵去襲擊烏巢。他說：“袁紹派在烏巢看守糧倉的淳于瓊，是個驕傲自大，喜歡飲酒、警惕性特差的人。只要燒了烏巢的糧草，不出三天，袁軍就會不戰而亂，您就會結束官渡的相持局面，大獲全勝了！”於是曹操就召集謀士們商量襲擊烏巢的方案。
經過周密策劃後，一天夜裡，曹操派曹洪等將軍守營，以防袁軍前來偷襲；自己和張遼、于禁、徐晃等，精選5000名步騎兵，打上袁軍的旗號，悄悄離開了官渡，向烏巢進發。途中碰上袁軍哨兵，張遼騙他們說：“我們是蔣奇的人馬，是袁將軍派來加強烏巢守備的。”而且不等袁軍哨軍靠近，張遼就走近一步，壓低了聲音，裝出神秘的樣子，說：“袁將軍聽說曹操要來偷襲烏巢，就派我們趕來增援。”袁軍哨兵一見旗上斗大的“袁”字，而且因烏巢就在袁軍大營之後，怎么也不會有敵人來，便不再懷疑，放他們過去了。黎明以前，曹軍抵達了烏巢。而此刻夜夜飲酒的淳于瓊睡得正香，袁軍還來不及穿衣，曹軍就沖了進來。剎時間，糧囤到處起火，濃煙滾滾，直衝雲霄，淳于瓊也被曹操大將樂進一刀給收拾了，不多久戰鬥就結束了。
烏巢這邊火光沖天，不遠處的袁營看得真切。大將張郃勸袁紹立即援助淳于瓊，同時切斷曹軍退路，而袁紹在關鍵時刻一錯再錯，聽信讒言，置烏巢於不顧，讓張郃、高覽二將前去襲擊曹軍大營。張郃苦苦勸說：“曹操很會用兵。他既然派精兵去偷襲烏巢，那么官渡的守備也一定不會放鬆。還是先去援助淳于瓊吧！”袁紹仍執迷不悟，張郃、高覽只好勉強帶兵出發。袁軍進攻官渡，遭到曹洪守軍的堅決抵抗；背後又受到從烏巢回師官渡的曹軍的猛烈攻擊。張郃腹背受敵，抵擋不住，加之不滿袁紹的無能，就和高覽一起投降了曹操。
烏巢糧草被燒，張、高二將投降，袁軍果然不戰自亂，曹軍乘勝全軍出擊，袁紹還沒來得及穿上盔甲，只穿著便服，扎著頭巾，帶著800名騎兵倉皇逃過了黃河。這些殘兵敗將們再也無法恢復原來的勢力，從此便沒有聲息。
這次官渡之戰，曹操用極少的兵力戰勝了擁兵數十萬的袁紹，以弱小的力量戰勝了強大的勢力。曹軍勢力大增，乘勝追擊，繼續向袁紹占領的地區進軍，不久就統一了北方，為以後出現三國鼎立的局面，奠定了基礎。
