袁绍起兵后，浩浩荡荡向官渡杀来。夏侯惇派人送信告急，曹操便带了七万兵马去迎敌，留荀彧守许都。
袁绍大军出发前，田丰从牢里写了一封信劝道：“现在该静守等时机，不能乱兴大兵，怕有不利。”逢纪却趁机在袁绍面前说坏话：“主公兴仁义之师，田丰怎么说出这种不吉利的话来！”袁绍一怒之下又要杀田丰，众官求情才免了。袁绍恨恨地说：“等我破了曹操，再治他的罪！”
于是催军前进，旌旗遍野、刀剑如林，到了阳武扎下营寨。沮授劝道：“我军虽然多，但勇猛不如曹军；曹军虽然精，但粮草不如我军。曹军没粮，肯定想速战；我们有粮，应该慢慢耗着。拖久了，他们自己就败了。”
袁绍又火了：“田丰慢我军心，我回去就斩了他。你还敢说这种话！”喝令把沮授锁禁军中，等破了曹操一起治罪。然后下令七十万大军四面安营，连绵九十多里。
探子把情况报回官渡，曹军刚到时都很害怕。曹操跟谋士们商量，荀攸说：“袁绍兵虽多，不足惧。我军都是精锐，以一当十。但要速战速决，拖久了粮草不够就麻烦了。”
曹操说：“正合我意。”便传令鼓噪进攻。
袁军迎战，两边排开阵势。审配在左右两翼各埋伏了一万弩手，门旗后藏了五千弓箭手，约好炮响齐发。
三通鼓响，袁绍金盔金甲、锦袍玉带立马阵前，张郃、高览、韩猛、淳于琼等将排列两旁，旌旗严整。曹阵门旗开处，曹操出马，许褚、张辽、徐晃、李典前后护卫。
曹操用鞭子一指：“我在天子面前保举你当大将军，你为什么要谋反？”
袁绍怒道：“你假借汉相之名，其实是汉贼！罪恶滔天，比王莽、董卓还厉害，反来诬人造反？”
曹操说：“我奉诏讨你！”
袁绍说：“我奉衣带诏讨贼！”
曹操大怒，让张辽出战，张郃迎上，两人打了四五十个回合不分胜负。曹操暗暗称奇。许褚提刀纵马助战，高览挺枪接住。四员将捉对厮杀。
曹操又让夏侯惇、曹洪各带三千兵冲阵。审配见曹军冲来，下令放炮，两翼万弩齐发，中军弓箭手一齐乱射。曹军抵挡不住，往南急退。袁绍挥兵掩杀，曹军大败退回官渡。
袁绍逼近官渡扎营。审配说：“现在可以派十万兵守官渡，在曹营前堆土山，让士兵居高临下放箭。曹操要是弃守，我们拿下这个隘口，许昌就危险了。”
袁绍同意，从各寨挑精壮士兵，用铁锹挑土在曹营边垒山。曹军想冲出去，被审配的弩手挡住要路，前进不了。十天之内堆了五十多座土山，上面立了高台，弓弩手居高临下射箭。梆子一响，箭如雨下，曹军只得顶着盾牌趴在地上，袁军呐喊嘲笑。
曹操见军心慌乱，召集谋士问计。刘晔说：“可以造发石车来破。”曹操让他画出图纸，连夜造了几百辆发石车，分布在营墙内，对准土山。等袁军弓箭手射箭时，一齐拽动，巨石飞空乱砸，袁军没处躲，被砸死无数。袁军给这车取名叫“霹雳车”，从此不敢登高射箭。
审配又献一计，让士兵从地下挖地道直通曹营，叫“掘子军”。曹兵望见袁军在山后挖土，报知曹操。曹操又问刘晔，刘晔说：“这是攻不了明处改攻暗处，想从地下钻进来。”曹操问怎么防，刘晔说：“绕着营挖一条长沟，他们的地道就没用了。”曹操连夜派人挖沟，袁军挖到沟边果然进不来，白费力气。
曹操守官渡，从八月守到九月底，军力渐渐疲惫，粮草也接不上了。他想退兵回许昌，迟疑不决，便写信派人去许昌问荀彧。
荀彧回信说：“您让我帮您决断进退。我觉得袁绍把全部兵力聚在官渡，要跟您决胜负。您以弱对强，要是制不住他，肯定被他吞掉，这是天下大局的关键。袁绍兵虽多但不能用，以您的神武明哲，有什么办不到的！现在军粮虽少，还没到楚汉在荥阳、成皋时的程度。您只要守住阵地，掐住他的喉咙让他进不来，等他的势头尽了，一定会有变化。这正是用奇兵的时候，决不能错过。请您裁度。”
曹操得信大喜，命将士拼死守营。
袁绍退后三十里扎营，曹操派将出营巡视。徐晃的部将史涣抓了个袁军探子，押到徐晃面前。徐晃问袁军虚实，探子说：“早晚大将韩猛运粮来接济，先让我们探路。”
徐晃把这事报告曹操。荀攸说：“韩猛匹夫之勇。派人带轻骑半路截击，烧了他的粮草，袁军自乱。”
曹操问：“谁去？”荀攸说：“派徐晃。”曹操便派徐晃带史涣先出发，又让张辽、许褚接应。
当夜韩猛押着几千辆粮车赶路，走到山谷，徐晃、史涣带军截住去路。韩猛飞马来战，徐晃接住厮杀，史涣杀散押粮民夫，放火烧车。韩猛抵挡不住拨马而逃。徐晃催军把粮草烧尽。
袁绍军中望见西北起火，正惊疑，败军报来：“粮草被劫！”袁绍急派张郃、高览截大路，正遇上徐晃烧粮回来，刚要交手，张辽、许褚又从背后杀到，两下夹攻，杀散袁军，四将会合回官渡。曹操大喜，重加赏劳，又在寨前分兵结营，形成掎角之势。
韩猛败军回营，袁绍大怒要斩他，众官劝免。审配说：“行军粮食最重要，必须用心提防。乌巢是屯粮的地方，得派重兵把守。”
袁绍说：“我已有安排。你回邺都监督粮草，别短缺了。”审配领命而去。袁绍派大将淳于琼带眭元进、韩莒子、吕威璜、赵睿等二万人守乌巢。淳于琼性子刚烈又爱喝酒，士兵都怕他。到了乌巢后，天天跟众将聚饮。
曹操军粮快完了，派人去许昌催荀彧赶紧筹办粮草送到前线。送信的走了不到三十里，被袁军抓住，绑到谋士许攸面前。
许攸字子远，小时候跟曹操是朋友，现在在袁绍手下当谋士。他搜出曹操催粮的信，马上去见袁绍：“曹操屯军官渡跟我们相持已久，许昌肯定空虚。如果分一军连夜偷袭许昌，许昌可破，曹操可擒。现在曹操粮草已尽，正是两路夹击的好机会。”
袁绍说：“曹操诡计多端，这信怕是诱敌之计。”
许攸说：“现在不取，以后反受其害。”
正说着，邺郡使者到了，呈上审配的信。信里先说运粮的事，后说许攸在冀州时曾经乱收民间财物，还纵容子侄多征税，把钱粮中饱私囊，现在已把他子侄抓进牢里了。
袁绍看完大怒：“你这无耻小人，还有脸在我面前献计！你跟曹操有旧交，肯定也收了他贿赂，替他当奸细来骗我！本该斩首，暂且寄下脑袋！滚出去，以后别让我看见！”
许攸出来，仰天长叹：“忠言逆耳，这小子不值得共事！我子侄已被审配害了，我还有什么脸见冀州人！”拔剑就要自刎。左右夺下剑劝道：“您何必轻生？袁绍不听忠言，早晚被曹操所擒。您跟曹公有旧交，何不弃暗投明？”
这话点醒了许攸，他便连夜投奔曹操去了。
许攸偷偷走出袁营，直奔曹寨，被巡逻的抓住。许攸说：“我是曹丞相的老朋友，快通报，说南阳许攸来见。”军士急忙报进寨里。
曹操正脱了衣服休息，听说许攸来了，大喜过望，鞋都来不及穿，光着脚就迎了出来。远远看见许攸，拍掌大笑，拉着手一起进去，曹操先拜倒在地。
许攸慌忙扶起：“您是汉相，我是布衣，怎么这么客气？”
曹操说：“你是老朋友，我怎么敢以官爵论高低！”
许攸说：“我不会选主，屈身袁绍，言不听计不从，今天特来投奔老朋友，求收留。”
曹操说：“子远肯来，我的事就成了！快教我破袁绍之计。”
许攸说：“我曾劝袁绍用轻骑乘虚袭许都，首尾夹攻。”
曹操大惊：“要是袁绍用你的计，我就完了。”
许攸问：“您军粮还有多少？”
曹操说：“够一年。”
许攸笑了：“恐怕没这么多吧。”
曹操说：“够半年。”
许攸一甩袖子站起来就走：“我诚心来投，您却这样骗我，哪是我所期望的！”
曹操拉住他：“子远别生气，实话告诉你吧：军中粮只够三个月。”
许攸笑道：“都说孟德奸雄，果然不假。”
曹操也笑了：“兵不厌诈嘛！”又凑到耳边低声说：“军中只有这个月的粮了。”
许攸大声说：“别瞒我了！粮已经没了！”拿出曹操写给荀彧的信：“这是谁写的？”
曹操惊问：“哪来的？”许攸把抓使者的事说了。
曹操拉着他的手：“子远既然念旧交而来，快教我怎么办。”
许攸说：“您以孤军抗大敌，不求速胜的办法，是自寻死路。我有一策，不出三天，让袁绍百万之众不战自破。您肯听吗？”
曹操喜道：“愿听良策。”
许攸说：“袁绍军粮辎重全在乌巢，现在派淳于琼把守。这酒鬼毫无防备。您选精兵假称袁将蒋奇带兵去护粮，趁机烧掉粮草辎重，袁绍不出三天就自己乱了。”
曹操大喜，重待许攸留在寨中。
第二天曹操亲自选了五千马步军，准备去乌巢劫粮。张辽担心：“袁绍屯粮的地方怎么可能没防备？丞相不可轻往，只怕许攸有诈。”
曹操说：“不然。许攸来投，是天要灭袁绍。我军粮不够，难以久持。不用他的计，就是坐以待毙。他若有诈，怎么肯留在我寨里？况且我也想劫寨很久了。这次劫粮势在必行，你别多疑。”
张辽说：“也要防袁绍趁虚来袭。”
曹操笑道：“我早想好了。”便让荀攸、贾诩、曹洪同许攸守大寨，夏侯惇、夏侯渊带一军埋伏在左，曹仁、李典带一军埋伏在右以防不测。张辽、许褚在前，徐晃、于禁在后，曹操自领诸将在中，共五千人马，打着袁军旗号，士兵都捆了草、背着柴，人衔枚马勒口，黄昏时分往乌巢进发。
这天夜里星光满天。沮授被袁绍囚禁在军中，见星象明亮，便让看守带他到中庭，仰观天象。忽然见太白星逆行，侵犯牛斗分野，大惊：“祸事要来了！”连夜求见袁绍。
袁绍已经醉卧，听说沮授有密事报告，叫进来问。沮授说：“我刚才观天象，太白逆行于柳鬼之间，流光射入牛斗之分，恐怕有贼兵劫掠。乌巢屯粮之地不可不防，要赶紧派精兵猛将沿山路巡哨，免被曹操算计。”
袁绍怒斥：“你是有罪之人，还敢妄言惑众！”又骂看守：“我让你囚禁他，怎么敢放出来？”命斩了看守，另换人押沮授。
沮授出来后掩泪长叹：“我军旦夕将亡，我尸骨也不知落在何处了。”
曹操带兵夜行，经过袁绍的别寨，寨兵问是哪里的兵，曹操让人回答：“蒋奇奉命去乌巢护粮。”袁军见是自己人旗号，便不怀疑。过了好几处，都诈称蒋奇之兵，一路无阻。到乌巢时已是四更天。
曹操让军士围粮堆点火，众将校鼓噪直入。淳于琼刚跟众将喝完酒醉卧在帐中，听见鼓噪声连忙跳起问怎么回事，话没说完就被挠钩拖翻了。
眭元进、赵睿运粮回来，见屯上火起，急忙来救。曹军飞报曹操：“贼兵在后，请分兵拒敌。”
曹操大喝：“众将只顾向前，等贼到背后再回战！”于是众军争先掩杀，霎时间火焰四起、烟迷天空。眭、赵二将驱兵来救，曹操勒马回战，二将抵敌不住都被曹军杀了。粮草全部烧尽。
淳于琼被擒到曹操面前，曹操命割去他的耳鼻手指绑在马上，放回袁营羞辱。
袁绍在帐中听说正北方火光满天，知道乌巢出事，急忙召集文武商议。张郃说：“我跟高览去救。”郭图说：“不行。曹军劫粮，曹操肯定亲自去了。曹操既出，营寨必空，不如先攻曹操大营。曹操一听，肯定回救。这是孙膑围魏救赵之计。”
张郃说：“不对。曹操多谋，外出肯定有防备。要是攻他营没攻下来，乌巢那边淳于琼又被抓，我们就都完了。”
郭图再三请战，袁绍便派张郃、高览带五千兵去官渡攻曹营，又派蒋奇带一万兵救乌巢。
曹操杀散淳于琼部下后，夺了衣甲旗帜，假扮淳于琼败军收兵回寨。在山间小路上正遇蒋奇。蒋奇军问，说是乌巢败军逃回，蒋奇便不怀疑，驱马过去。张辽、许褚突然杀出，大喝：“蒋奇别走！”蒋奇措手不及被张辽斩于马下，所带兵马全被杀散。
曹操又派人先回去假报：“蒋奇已杀散乌巢的兵了。”袁绍因此不再派人接应乌巢，只增兵官渡。
张郃、高览攻打曹营，左边夏侯惇、右边曹仁、中路曹洪一齐冲出，三下夹攻，袁军大败。等接应军到，曹操又从背后杀来，四下围住掩杀，张郃、高览夺路而逃。
袁绍收拢乌巢败军回寨，见淳于琼耳鼻全无、手脚被砍，问怎么丢了乌巢。败军说淳于琼醉卧不能抵敌，袁绍大怒斩了他。
郭图怕张郃、高览回来对质，先到袁绍面前诬陷：“张郃、高览见主公兵败，心里一定很高兴。”
袁绍说：“为什么这么说？”
郭图说：“他俩一直有降曹之心，今天派去打寨，故意不用力，折损了士卒。”袁绍大怒，派人急召二人回来问罪。
郭图先让人报二人：“主公要杀你们了。”袁绍使者到后，高览问：“主公叫我们干什么？”使者说不知道，高览拔剑斩了来使。
张郃大惊，高览说：“袁绍听信谗言，早晚被曹操所擒。我们难道坐以待毙？不如投曹操。”张郃说：“我早就有这心思了。”于是二人带本部兵马投了曹营。
夏侯惇说：“张郃、高览来降，不知真假。”曹操说：“我用恩义待他，就算有异心也能变。”便开营门让二人进来。二人倒戈卸甲拜伏在地。
曹操说：“要是袁绍肯听你们的话，也不会有今天。二位来投，好比微子离开殷商、韩信归顺汉朝。”封张郃为偏将军都亭侯，高览为偏将军东莱侯，二人大喜。
袁绍丢了许攸，又走了张郃、高览，失了乌巢粮草，军心惶惶。许攸劝曹操速进兵，张郃、高览请为先锋，曹操同意了，命他们当夜三更领兵三路去劫袁绍营寨。混战到天亮各自收兵，袁绍折了大半人马。
荀攸献计：“现在到处放风说我们要分兵取邺郡和黎阳，断袁兵归路。袁绍一听必然惊慌分兵，我们趁他兵动时攻击，就可破他。”曹操采纳，让全军四处散布消息。
袁军听到消息，来报袁绍：“曹操分兵两路：一路取邺郡，一路取黎阳。”袁绍大惊，急派袁谭带五万兵救邺郡，辛明带五万兵救黎阳，连夜出发。
曹操探知袁绍兵动，便分大队人马八路齐出直冲袁营。袁军已无斗志，四散奔走，全军大溃。袁绍连铠甲都来不及穿，只穿单衣扎头巾上马，幼子袁尚跟在后面。张辽、许褚、徐晃、于禁四将追赶，袁绍急渡黄河，把图书、车仗、金银全扔了，只带八百多骑兵逃走。曹军追不上，缴获了所有遗弃之物，杀死袁军八万多人，血水满沟，淹死的不计其数。
曹操大获全胜，把所得金银缎匹赏给士兵。在缴获的图书中检出一捆书信，全是许都及军中人与袁绍暗通的书信。左右说：“可逐一核对姓名，抓来杀了。”
曹操说：“当袁绍强盛时，连我都自身难保，何况别人？”下令全部烧掉，再也不追究。
袁绍兵败奔逃，沮授因被囚禁跑不掉，被曹军抓住带到曹操面前。曹操跟沮授本来就认识。沮授见曹操，大呼：“我不投降！”
曹操说：“本初无谋，不用你的话，你怎么还执迷不悟？我要是早点得到你，天下就不足虑了。”厚待他留在军中。
沮授却偷了马想逃回袁绍那里。曹操大怒杀了他，沮授至死神色不变。曹操叹道：“我误杀了忠义之士！”命厚礼殡殓，在黄河渡口建坟安葬，墓碑上题：“忠烈沮君之墓”。
曹操下令攻打冀州。