二月，袁紹派遣郭圖、淳于瓊、顏良去白馬進攻東郡太守劉延，袁紹親自領兵到黎陽，將要渡過黃河。夏季四月，曹操想要往北救援劉延。荀攸勸曹操說：“現在我們兵少，無法與袁紹抗衡，必須分散他的兵力才可以取勝。您到延津後，做出將要渡河攻打他們後方的樣子，袁紹一定會向西迎擊。然後您派出輕裝部隊去襲擊白馬，趁敵人沒有防備時衝殺過去，就可以擒獲顏良。” 曹操覺得可行便聽從了建議。
袁紹聽說曹操的軍隊渡河，果然分出一支隊伍去西邊應戰。曹操於是領兵日夜兼程直奔白馬，距白馬只有十幾裡時，顏良大吃一驚，匆忙出兵迎戰，但行軍倉促已然大潰。
曹操派張遼、關羽為先鋒攻城，打敗敵軍，斬殺了顏良。曹操終於解除了袁軍對白馬的包圍，並遷走了白馬的居民，沿著黃河西去。
袁紹聽聞大怒於是渡過黃河，追擊曹操的軍隊，追到延津南面。曹操整頓好軍隊，把軍營紮在南山坡下，派人爬上堡壘觀察敵情，偵察人員說：“大約有五六百騎兵。”過了一會兒，他又報告說：“騎兵逐漸增多，步兵多得數不過來。”曹操說：“不用再說了。”於是他命令騎兵解下馬鞍，放開馬匹。這個時候，曹操命令將從白馬運來的物資都放在路上。
眾將都認為敵人騎兵眾多，不如退回去守住營壘。荀攸說：“這是用來引誘敵人的釣餌，怎麼可以撤走呢？”袁紹的部將文丑與劉備率領五六千名騎兵先後追上來。眾將又說：“可以上馬了。”曹操說：“還不到時候。”過了一會兒，前來的袁軍騎兵越來越多，開始有人分頭去取物資。這時曹操說：“可以了。”於是將士們全部上馬參戰。
當時 曹操只有不足六百名騎兵，全部出動攻擊，大敗袁軍，斬殺了文丑。顏良、文丑都是袁紹手下的名將，兩次作戰就被擒殺，袁紹的軍隊大為震動。 曹操率軍回到官渡駐紮。袁紹進軍保衛陽武。關羽趁機逃走，回到劉備那裡。
八月，袁紹把陣營連在一起，逐漸向前推進，依靠沙灘駐守，東西綿延幾十裡，曹操也分別紮營與袁軍對抗，交戰不利，當時曹操的軍隊還不到一萬人，十之二三計程車兵有傷。
袁紹又進逼官渡，修建土山和地道。曹操也在營壘中的相應地點修建土山、地道，來抵擋敵人。袁軍向營中射箭，箭如雨下，營中行走的人都用盾牌遮掩身體，眾人都很恐慌。
當時曹操的糧草不足，寫信給荀彧，商量準備退回許都。荀彧卻說：“袁紹把全部兵力聚集在官渡，準備與您決出勝負。您以極弱小的兵力去抵擋最強大的敵人，如果不能制服他們，就一定會被敵人壓倒，這是得失天下的關鍵時刻。況且袁紹不過是個平庸的首領罷了，他能收集人才，卻不會合理使用。憑藉您的英明神武，再加上出兵順應人心，做什麼會不成功呢！”曹操聽從了建議。
孫策聽說曹操和袁紹相互對峙，心中一喜覺得機會來了就謀劃襲擊許都，因為孫策仇家太多出門也不像曹操劉備那樣喜歡帶護衛，所以還沒有出兵便被刺客殺死了。
汝南投降的賊寇劉闢等叛變，響應袁紹，在許都城下劫掠。袁紹派劉備去援助劉闢，曹操派曹仁把他打敗。劉備又逃走，曹仁最終攻破了劉闢的大營。
袁紹的運糧車來了幾千輛，曹操用荀攸的計謀派徐晃、史渙前去劫擊，大敗袁軍，燒燬了他們全部的運糧車。曹操與袁紹相持了幾個月，雖然每次作戰都能殺死敵將，但是士兵太少，糧草用盡，戰士疲憊不堪，曹操對運糧的人說：“再過十五天，我為你們打敗袁紹，就不用再讓你們這麼辛苦了。”
冬季十月，袁紹派車輛去運糧，讓淳于瓊等五人率領一萬多名士兵護送，駐紮在袁紹大營以北四十里。袁紹的謀臣許攸與袁紹不合，就前來投奔，順勢勸曹操攻打淳于瓊等人。
曹操身邊的人懷疑許攸，只有荀攸、賈詡支援曹操出兵。曹操就留下曹洪守營，親自帶領步兵、騎兵五千人乘夜色前往，天剛亮就到了。淳于瓊等人看見曹操兵少，就出兵在營門外擺開陣勢。曹操猛攻敵軍，淳于瓊退回堅守營壘，曹操就攻打軍營。袁紹派遣騎兵來救淳于瓊。身邊有人對曹操說：“賊寇騎兵逼近了，請分出一支部隊去擋住他們。”曹操生氣地說：“敵軍到了背後，再來報告！”士兵們都拼死作戰，大敗淳于瓊等人，將他們全部斬首。
袁紹最初聽說曹操去攻打淳于瓊時，對他的長子袁譚說：“趁著他去攻打淳于瓊等人，我去攻佔他的大營。他就無處可歸了！”於是他派張郃、高覽去攻打曹洪，但是張郃等人聽說淳于瓊被消滅，就投降了。
袁軍大潰敗，袁紹和袁譚拋下軍隊逃走，渡過了黃河。曹操追趕他們，卻沒有追上，就把他們的輜重、地圖、文書、珍寶全部繳獲了，還俘虜了許多士兵。曹操在繳獲的袁紹文書中，找到了許都和軍中的人寫給袁紹的書信，但是他都給燒了。冀州各郡多有獻出城池投降的人。
當初，漢恆帝時有一顆黃星出現在楚、宋兩地的分界處，遼東人殷馗精通天文，預言五十年後會有真命天子在梁、沛之間興起，他的鋒芒不可抵擋。到現在已經五十年了，曹操打敗了袁紹，天下沒人能與他抗衡了。
建安六年夏季四月，曹操出兵到黃河邊，攻打袁紹在倉亭的駐軍，再次攻破。袁紹回去以後，重新收集逃散計程車兵，平定了反叛他的各個郡縣。
九月，曹操回到許縣。袁紹還沒有被打敗時，派劉備去攻取汝南。汝南的賊寇共都等人響應他。曹操派蔡揚去攻打共都，沒有取勝，被共都打敗了。曹操向南親征劉備。劉備聽說曹公親自出徵，逃走投奔了劉表，共都等人都潰散了。
建安七年春季正月，曹操的軍隊駐紮在譙縣，釋出命令說：“我興起義兵，為天下除去暴亂。故鄉的人民，差不多死光了，在郡國境內走上一天，也見不到一個認識的人，這讓我非常傷感。自從興義兵以來，將土盡絕了後代的，就尋找他們的親戚做他們的後嗣，分給土地，官府提供耕牛，設立學校，派遣老師教育他們。幫助活下來的人建立宗廟，讓他們能祭祀自已的祖先，如果死者顯靈的話，我死後又能有什麼遺憾呢！”於是曹公到浚儀，修治睢陽渠，派使者用太牢祭祀橋玄。接著又進軍官渡。
袁紹自從軍隊被打敗後，得了重病，嘔吐鮮血，在夏季五月時死去。他的小兒子袁尚承襲了他的官爵，袁譚自稱車騎將軍，駐紮在黎陽。秋季九月，曹操去征討他們，接連作戰。袁譚、袁尚接連敗退，堅守不出。
