袁绍已经吞并了公孙瓒，兼并了四州的地区，率领军队10多万人，将要进军攻打许都。曹操各将领认为不可抵抗。曹操说：“我了解袁绍的为人，志向大而才智小，表面严厉而内心怯懦，嫉妒刻薄而缺少威望，考虑周全而犹豫不决，谋士多却不为他所用，士兵虽多却指挥筹划不当，将领骄横而且政令不统一，土地虽然广阔，粮食虽然丰足，却正好是把这些作为我的奉献啊。”秋季8月，曹操向黎阳进军，派臧霸等进入青州攻破齐、北海、东安，留下于禁在黄河边驻守。9月，曹操回到许都，分出部分兵力把守官渡。冬季11月，张绣率领部队投降。12月，曹操在官渡驻军。
次年2月，袁绍派遣郭图、淳于琼、颜良在白马攻打东郡太守刘延，袁绍领兵到了黎阳，准备渡过黄河。夏季4月，曹操往北救援刘延，荀攸劝说曹操道：“如今我们兵力少不能抵挡，分散敌人的兵力才可以取胜。您到了延津，装作准备渡过黄河向他们的后方进军，袁绍必定往西迎战您，然后派轻装部队袭击白马，趁他们没有防备，就可以捉住颜良了。”曹操听从了荀攸的计策。袁绍听说曹军渡过黄河，立即分出兵力往西迎战曹军。曹操就率领军队急行，直奔白马，离白马尚有10多里，颜良大惊，前来迎战。曹操派张辽、关羽做先锋，先打败了敌人，斩了颜良，终于解除了白马之围，迁徙白马的百姓，循着黄河朝西走。袁绍在这时渡过黄河追击曹操的部队。追到延津的南面，曹操指挥军队在西面山坡下扎营，派人登上营垒望敌军，报告说：“大约有6000骑兵。”过了一会儿，又报告：“骑兵逐渐增多，步兵多得数不过来。”曹操说：“不用再报告了。”就下令让骑兵御下马鞍放开马匹。这时，白马驻军的辎重已经上路。各将领认为敌军的骑兵多，不如回去守卫军营。荀攸道：“这是用来引诱敌人上钩的，为什么要离开这儿呢？”袁绍的骑兵将领文丑和刘备带领大约6000骑兵先后来到。各将领又说：“可以上马了。”曹操说：“可以了。”于是大家都上马，当时骑兵不足600人，就挥军出击，大败敌军，斩了文丑。颜良、文丑都是袁绍的有名将领，两次交战，都被擒杀，袁绍的军队大为震动，曹操回军官渡。袁绍进军保卫阳武。关羽逃回刘备那儿。
8月，袁绍连接营垒逐渐向前推进，靠着沙丘驻扎，从东到西连绵数十里。曹操也分扎营垒跟敌方对抗，交战不利。当时曹操兵力不足1万人，伤员占十分二三。袁绍军队前进到官渡，堆土山挖地道。曹操也在营内堆土山挖地道，跟敌军对抗。袁绍军射箭入曹军营中，箭下如雨，走动的都要用盾牌遮挡，大家非常害怕。这时曹操粮食少，给荀彧写信，商议打算撤回许都。荀彧回信说：“袁绍全部人马聚集在官渡，准备跟您决一胜负。您以最弱小的兵力对抗最强大的敌军，如果不能制服他，必定被敌军所追逐，这是天下的重大转机啊。况且袁绍只是一个一般的豪雄罢了，能够聚集人才却不能使用人才。凭借您的神武英明并且加上以天子之命讨伐叛乱的正当名义，有什么事而不能做成功呢？”曹公听从了荀彧的意见。
袁绍数千辆运送谷物的车子到达，曹操采用荀攸的计策，派徐晃、史涣去截击，大败袁军，全部烧毁了袁绍的运粮车。曹操跟袁绍相持了几个月，虽然每次交战都斩杀敌将，但是兵少粮尽，士兵疲乏。曹操对运粮的人说道：“再过15天替你们打败袁绍，不再让你们劳苦了。”冬季10月，袁绍派车运粮，令淳于琼等5个人带领1万多士兵护送车队，露宿在袁绍军营北面40里的地方。袁绍的谋臣许攸贪婪无度，袁绍不能满足他，就前来投奔曹操，借机劝说曹操攻打淳于琼等人。曹操身边的人怀疑他。荀攸、贾诩劝说曹操采纳。曹操于是留下曹洪防守，自己带领5000步兵和骑兵乘夜前往，恰在天亮时到达。淳于琼等人望见曹操兵少，出去到营门外布阵。曹操急速攻击淳于琼，淳于琼退守营房，于是就攻打淳于琼的营房。袁绍派骑兵援救淳于琼。曹操身边的人有的说：“敌人的骑兵逐渐接近，请求分兵抵抗他们。”曹操发怒说：“敌人到背后才报告！”士兵都拼死作战，大败淳于琼等人，把他们全斩了。袁绍刚听到曹操攻打淳于琼时，对大儿子袁谭说道：“趁他攻打淳于琼等人，我去攻占他的军营，他就没有地方落脚了！”于是派张郃、高览攻打曹洪。张郃等人听到淳于琼败亡，就前来投降。袁绍军队大溃败，袁绍和袁谭扔下军队逃跑，渡过了黄河。曹军追赶上他们，全部缴获了他们的辎重、图表文书和珍宝，俘虏了他们的部众。曹操缴获袁绍的信件中，有许都和曹军中的人和袁绍来往信件，曹操把它们全部烧掉了。冀州各郡很多城邑都自动投降了。
6年夏季4月，曹操在黄河边检阅军队，攻击袁绍在仓亭的军队，把它打败。袁绍回来，又收拢被打散的士兵，平定了各反叛的郡县。9月，曹操回到许都。
袁绍自从军队被打败之后，发病吐血，在夏季五月死去。小儿子袁尚接替他的官职，袁谭自称车骑将军，驻扎在黎阳。秋季9月，曹操征讨他们，连续交战，袁谭、袁尚屡次战败退却，坚守黎阳。
