曹操写信给荀彧，商议要退守许都，荀彧回信说：“袁绍将主力集结于官渡，想要与公决胜负。公以至弱当至强，若不能制，必为所乘，这是决定天下大势的关键所在。当年楚、汉在荥阳、成皋之间，刘邦、项羽没有人肯先退一步，以为先退则势屈。现在公以一当十，扼守要冲而使袁绍不能前进，已经半年了。情势已然明朗，绝无回旋的余地，不久就会发生重大的转变。这正是出奇制胜的时机，千万不可坐失。”

于是曹操决心继续坚守待机，同时加强防守，命负责后勤补给的任峻采取10路纵队为一部，缩短运输队的前后距离，并用复阵（两列阵），加强护卫，防止袁军袭击；另一方面积极寻求和捕捉战机，击败袁军，不久派曹仁、史涣截击、烧毁袁军数千辆粮车，增加了袁军的补给困难。

同年十月，袁绍又派车运粮，并令淳于琼率兵万人护送，屯积在袁军大营以北约20公里的故市（河南延津县内）、乌巢（今河南延津东南）。

恰在这时，袁绍谋士许攸投奔曹操，建议曹操轻兵奇袭乌巢，烧其辎重。曹操立即付诸实行，留曹洪、荀攸守营垒，亲自率领步骑5000，冒用袁军旗号，人衔枚马缚口，各带柴草一束，利用夜暗走小路偷袭乌巢。到达后立即围攻放火。袁绍获知曹操袭击乌巢後，一方面派轻骑救援，另一方面命令高览率重兵猛攻曹军大营。可曹营坚固，攻打不下。当曹军急攻乌巢淳于琼营时，袁绍增援的部队已经迫近。曹操励士死战，大破袁军，杀淳于琼等，并将其粮草全数烧毁。高览闻得乌巢被破，于是投降曹操，导致了军心动摇，内部分裂，大军崩溃。袁绍仓惶带800骑退回河北，曹军先后歼灭和坑杀袁军将近十万人，其余兵力全部收归旗下，这样曹操的兵力迅速增长，一下子就达到了三十多万，军事实力猛增一大截，不过也正是因为兵力太多，现在的曹操明显有些消化不良。

官渡之战，经过一年多的对峙，至此以曹操的全面胜利而告结束。曹操以十五万左右的兵力，出奇制胜，击破袁军三十万。

止于叶天，他也没有闲着，一边研制火药，一边在战场上胡乱晃悠，一二十万生灵的精气被他吸了个通透，蚊子小也是肉啊，可不能浪费了。

官渡之战，曹操以弱胜强，写下了他人生中最辉煌的一页，袁绍回到北方，最终因兵败忧郁而死，曹操乘机彻底击灭了袁氏军事集团，然后他又征服乌桓，至此，战乱多时的北方实现了统一。

官渡之战后，曹军活捉了沮授。沮授一直深得曹操赏识，起初曹操赦免沮授并且厚待他，但最后沮授因想要回到袁绍阵营而被曹操杀害。

曹操在袁绍大营发现许县及军中的某些人员，曾写信向袁绍表态效忠，他下令将信件全部焚毁，以示安抚反侧。

官渡之战是曹操与袁绍争夺北方霸权的转折点。曹操在战事初期处于劣势，当中全赖三人为曹操扭转困局——刘晔、荀攸、许攸。

1袁绍与曹操在白马相持时，袁绍下令筑起箭塔，连日向曹操营寨射箭，使曹操军心动摇。其后，刘晔献上霹雳车之计，大破袁绍弓弩兵，使曹操在官渡得到据守之地。

2曹操于黎阳与袁绍相持，本欲还兵再作打算，荀攸献计：“今兵少不敌，分其势乃可。公到延津，若将渡兵向其后者，绍必西应之，然后轻兵袭白马，掩其不备，颜良可擒也。”曹操依计行事，果然大破袁军，斩杀颜良。

3建安五年八月始，两军再次相持于官渡，双方互有胜负。其后曹操军中缺粮，适逢袁绍谋士许攸与营中将士不和，投奔曹操。许攸献计烧袁绍军粮，使袁绍不战自败。