曹操用汉献帝的名义，封当时占有江东的（今长江下游江苏一带）孙策为吴侯，稳住了江东。不久，他和袁绍互相火并起来，历史上有名的官渡之战爆发了。
汉献帝建安五年（公元200年）二月，袁绍任命沮授（沮jū）为监军，统领十万大军，从邺城（今河南省安阳市北）出发，进攻许昌。袁绍进军到黄河北岸的黎阳（今河南省浚县），派郭图、颜良进攻白马（今河南省滑县）。他企图引诱曹操离开官渡（今河南省中牟县东北），一举消灭曹军。监军沮授认为颜良虽然勇猛，但骄傲自大，缺少智谋，恐怕担当不了这样重要的任务。袁绍一向固执己见，根本不听沮授的意见，坚持不改变原来的决定。
在白马的东郡太守刘延，听说袁军来进攻，急忙派人向曹操报告。曹操得到报告以后，赶快召集文臣武将商量对策。他根据大家的建议，决定不和袁绍硬打硬拼，而是采取避实就虚、声东击西的打法。他指挥军队，装出要从延津方向渡过黄河去攻打袁绍后方的样子，其实是要引诱袁绍的主力离开黎阳，并且麻痹进攻白马的颜良。果然不出曹操的意料，袁绍得到曹操向延津进军的消息，就限令黎阳的军队赶在曹军渡河之前到达延津渡口，做好和曹军决战的准备。曹操见袁绍中计，就悄悄率领轻骑，急奔白马。进攻白马的颜良、郭图，倚仗兵马众多，又有在黎阳的主力军做后盾，正洋洋得意地开怀畅饮。曹操的人马突然出现，使得颜良手忙脚乱，仓促应战。曹军左右夹攻，颜良抵挡古代风景画鉴赏不住，在阵前被曹军杀死。郭图一看形势不好，吓得连滚带爬地逃走了。
袁绍听说大将颜良被杀，进攻白马的袁军全被消灭，气得直跺脚。为了给颜良报仇，他派大将文丑带领五六千骑兵渡河追击曹操。
曹操已经从白马撤军，沿着黄河西进。曹军走到延津南面一个山坡下的时候，得到了袁绍派兵追来的消息。曹操见这里地势险要，两面高山对峙，峡谷中只有一条蜿蜒曲折的小道，山坡上树木郁郁葱葱，百草茂盛，就心生一计。他传下命令：“以后军为前军，前军为后军，丢下一些车辆物资，绕道西进，叫徐晃挑选精锐骑兵六百多名，在树林中埋伏起来。过了一会，文丑的大队人马到来。他们看见道上的车辆物资，以为曹军为了逃命才丢下的，便争先恐后地跳下马，一窝蜂似地拥上去抢东西。这时候曹操一声令下，埋伏着的骑兵突然冲将出来，看见袁军就杀。文丑遭到这突然袭击，仓促应战，结果被徐晃一刀砍死了。他手下的士兵逃的逃，降的降，全都溃散了。打了胜仗的曹军将士，斗志昂扬地带着战利品回到官渡。
袁军接连打了两次败仗，士气低落。但是袁绍仍然自恃兵多，定要渡河跟曹操的主力决战。沮授劝告他说：“目前我军新败，不能决战。曹操虽胜，但是兵少粮缺，只要我们和他长期对峙，就能战胜他。”袁绍冷冷地说：“兵贵神速，难道你不懂吗？”他不听沮授的劝阻，率领大军渡过黄河，进驻阳武，又涉过蒗荡渠〔蒗làng〕，直逼官渡。
古代打渔者官渡离许昌不到二百里，是南北交通的咽喉。如果官渡失守，许昌就失去了屏障。因此，曹操竭尽全力固守官渡阵地，使袁绍一时不能得手，战局进入了相持状态。
日子一久，袁绍感到粮食困难，希望早点打破这旷日持久的局面。一天，袁绍巡视阵地，爬上一个土堆，望见了曹营将士活动的情况。袁绍从这里受到启发，命令士兵沿曹营阵地堆起土山，筑起了望楼，让弓箭手居高临下，寻找机会向曹营射箭。曹军遭到这突然袭击，死伤不少。曹操吃了亏，就聚众商议对策。有人建议制造发石车对付袁军。这种发石车能把十斤重的大石块发射到三百步以外的地方。曹操命令工匠赶快连夜按图制造。发石车造好以后。曹操命令各处的发石车同时对准袁绍的了望楼发射。顷刻之间，声如雷鸣，乱石飞空，打得袁军头破血流，鬼哭狼嚎。
曹操虽然多次打败了袁绍的进攻，守住了阵地，但是由于双方相持的时间长，粮草供应也越来越困难，显得有点一筹莫展。正在这时候，突然卫兵跑来报告说：从袁军那边跑过来一个名叫许攸的官员，说是有急事求见。许攸原先就认识曹操，曹操赶快把他迎了进来。许攸诉说了前来投奔曹操的原因，并且建议曹操派兵去袭击袁绍的乌巢粮仓。他说：“袁绍派在乌巢看守粮仓的淳于琼，为人骄傲自大，喜欢喝酒，警惕性很差。如果派奇兵去袭击，烧掉那里的全部粮食，不出三天，袁军就会不战自溃。”第二天，曹操和谋士们商量，拟定了夜袭乌巢的作战方案。
十月的一天夜里，万籁寂静，星光满天。曹操和张辽、乐进等几员将领，带着五千精兵，打着袁军的旗号，悄悄地离开官渡，向乌巢进发。守卫在乌巢外围的袁军哨兵，看见一队人马迎面走来，连忙截住查问。张辽骗他们说：“我们是蒋奇的人马，是袁将军派到乌巢来护粮的。”他没等哨兵进一步追问，又走近一步，故意压低了声音，装出十分神秘的样子说：“听说曹操要偷袭乌巢，袁将军派我们赶来增援。”哨兵一看旗帜上写着斗大的“袁”字，就不再怀疑，让他们通过了。曹军摸进乌巢，按预定计划分头占领要道，放火焚烧粮囤。刹时间，粮囤到处起火，浓烟滚滚，直冲云霄。袁军士兵吓得连声叫苦，赶快去报告淳于琼。喝得醉醺醺的淳于琼听说粮囤起火，曹操的人马打进来了，吓得出了一身冷汗，急忙集合士兵准备厮杀。曹操的大将乐进已经冲了进来，一刀就把他给收拾了。剩下的士兵逃的逃，降的降，没有多久就结束了战斗。
在官渡前线的袁绍得知乌巢被袭，粮食被烧光，吓得目瞪口呆。他的儿子袁谭催促说：“情况危急了，怎么办？快想想办法吧！”袁绍略为思考了一下，故作镇静地说：“曹操偷袭乌巢，我将计就计，袭击他的大本营，切断他的归路，叫他死无葬身之地！”袁绍不管有人反对，命令部将张邰〔hé〕、高览去进攻官渡的曹营。张郃、高览只好勉强带领军队出发。袁军到达官渡，前面遇到了曹洪的坚强抵抗；背后受到了从乌巢回军官渡的曹操的猛烈袭击。张郃腹背受敌，抵挡不住。他恨袁绍的虚伪奸诈，听信谗言，认定袁绍成不了大事，就和高览一同投降了曹操。袁绍连吃败仗，粮草被烧，谋士离叛，将领投降，他见大势已去，慌忙向北逃窜。逃过黄河的时候，袁绍身边只剩下八百名残兵败将了。
一场以少胜多、以弱胜强的官渡大战结束了。曹操乘胜追击，继续向袁绍占领的地区进军，很快统一了北方。