建安五年（200年）正月，袁紹發布討曹檄文，二月進軍黎陽，企圖渡河尋求與曹軍主力決戰。他首先派顏良進攻白馬的東郡太守劉延，企圖奪取黃河南岸要點，以保障主力渡河。四月，曹操為爭取主動，求得初戰的勝利，親自率兵北上解救白馬之圍。此時謀士荀攸認為袁紹兵多，建議聲東擊西，分散其兵力，先引兵至延津，偽裝渡河攻袁后方，使袁紹分兵向西，然后遣輕騎迅速襲擊進攻白馬的袁軍，攻其不備，定可擊敗顏良。曹操采納了這一建議，袁紹果然分兵延津。曹操乃乘機率輕騎，派張遼、關羽為前鋒，急趨白馬。關羽迅速迫近顏良軍，顏良倉促應戰被斬殺，袁軍潰敗。曹操解了白馬之圍后，遷徙白馬的百姓沿黃河向西撤退，袁紹率軍渡河追擊，軍至延津南，派大將文丑與劉備繼續率兵追擊曹軍。曹操當時只有騎兵600，駐于南阪（在白馬南）下，而袁軍達五六千騎，尚有步兵在后跟進。曹操令士卒解鞍放馬，并故意將輜重丟棄道旁。袁軍一見果然中計，紛紛爭搶財物。

　　曹操突然發起攻擊，終于擊敗袁軍，殺了文丑，順利退回官渡。

　　袁軍初戰失利，但兵力仍占優勢。七月，進軍陽武（今河南中牟北），準備南下進攻許昌。八月，袁軍主力接近官渡，依沙堆立營，東西寬約數十里。曹操也立營與袁軍對峙。九月，曹軍一度出擊，沒有獲勝，退回營壘堅守。袁紹構筑樓櫓，堆土如山，用箭俯射曹營。曹軍制作了一種拋石用的霹靂車，發石擊毀了袁軍所筑的樓櫓。袁軍又掘地道進攻，曹軍也在營內掘長塹相抵抗。雙方相持3個月，曹操外境困難，前方兵少糧缺，士卒疲乏，后方也不穩固，曹操幾乎失去堅守的信心。荀彧力主堅持，曹操于是一方面決心堅持危局，加強防守，命負責后勤補給的任峻采取10路縱隊為一部，縮短運輸隊的前后距離，并用復陣（兩列陣），加強護衛，防止袁軍襲擊；另一方面積極尋求和捕捉戰機，擊敗袁軍，不久派徐晃、史渙截擊、燒毀袁軍數千輛糧車，增加了袁軍的困難。

　　同年十月，袁紹又派車運糧，并令淳于瓊率兵萬人護送，屯積在袁軍大營以北約20公里的故市（河南延津縣內）、烏巢（今河南延津東南）。恰在這時，袁紹謀士許攸投降曹操，建議曹操輕兵奇襲烏巢，燒其輜重。曹操立即付諸實行，留曹洪、荀攸守營壘，親自率領步騎5000，冒用袁軍旗號，銜枚縛馬口，每人帶一束柴草，利用夜暗走小路偷襲烏巢。到達后立即圍攻放火。袁紹聽說曹操襲擊烏巢，又作出錯誤處置，只派一部兵力救援烏巢，用主力猛攻官渡曹軍營壘。哪知曹營堅固，攻打不下。當曹軍急攻烏巢淳于瓊營時，袁紹增援的部隊已經迫近。曹操勵士死戰，大破袁軍，殺淳于瓊，并燒毀其全部糧草。烏巢糧草被燒的消息傳到袁軍前線，袁軍軍心動搖，內部分裂。曹軍乘勢出擊，大敗袁軍。袁紹倉惶帶800騎退回河北，曹軍先后殲滅和坑殺袁軍7萬余人，官渡之戰就這樣以曹勝袁敗而告結束。

　　官渡之戰是袁曹雙方力量轉變、當時中國北部由分裂走向統一的一次關鍵性戰役，對于三國歷史的發展有著極其重要的影響。此戰曹軍的勝利不是偶然的，袁曹間的兼并戰爭，雖屬于封建割據勢力之間的爭斗，但實現地區性的統一，客觀上符合人民的愿望。曹操在政治上抑制豪強，得到中小地主階級的擁護；“挾天子以令諸侯”，使自己處于有利的政治地位；注意網羅人才，得到地主階級知識分子的擁護；經濟上實行屯田，不僅較有效地解決了后勤供應，且在一定程度上安定了社會生活，贏得了民心。除此之外，作戰指導上的高明也是他取得勝利的重要因素。曹操根據敵強己弱的具體情況，采取后退一步，以逸待勞，后發制人的作戰方針。在防御作戰中，能從被動中力爭主動，指揮靈活；面臨危局，堅定沉著；善于捕捉戰機，果斷施行；善于聽取部屬意見，緊緊抓住奇襲烏巢這一關鍵環節，終于取得勝利。反觀袁紹，政治上縱容豪強，兼并土地，任意搜刮，因而遭到人民反對。袁紹內部不和，又驕傲輕敵，剛愎自用，不能采納部屬的正確建議，遲疑不決，一再喪失良機。終致糧草被燒，后路被抄，軍心動搖，內部分裂，全軍潰敗。