建安五年(200年)一月，曹操討劉備于徐州，平之。建安五年二月，袁紹將顏良攻白馬城，曹操破斬之。再斬紹將文丑于延津，操于緒戰中全勝。曹操緒戰獲勝后，還軍官渡。袁紹進軍延津。建安五年八月，紹大軍進攻官渡，展開攻守戰。是年十月，曹操襲烏巢，遂大破紹軍。
至官渡作戰前之關中、涼州、漢中張魯等，皆已表面歸附于操，益州之劉璋，荊州之劉表，及江東之孫策，則各持中立以觀變。因此，曹操欲貫徹“挾天子以令諸侯”之大業，必須先擊滅袁紹，然后始能達成其目的。然以聲望遠勝于曹操之袁紹，地廣兵強亦皆優于操，自不甘為操下，必當舉兵擊滅之以求獨尊。于是，袁曹在此種兩雄不并立之形勢下，遂導致官渡一決雌雄之戰。
緒戰:漢獻帝建安五年(200年)正月，袁紹以進攻許都為目標自鄴城出兵南進，知操以東郡太守率步兵千人駐守白馬城。紹欲先行驅逐此一途上障礙，乃先遣大將顏良率其前鋒軍萬二千余攻白馬城。并遣屯騎司馬何民率屯騎一部，輕騎一部，沿黃河攻獲嘉，窺孟津等地。紹親率大軍至黎陽蕩陰(今HEN省湯陰縣)間。
時曹操軍于官渡，探知袁紹大軍將從黎陽津南渡，先遣顏良率萬余人渡河圍攻劉延于白馬。四月初，操欲北救劉延，軍師荀攸說操曰:“今兵少，不敵，必分其勢乃可。公到延津，若將渡兵向其后者，紹必而應之。然后輕兵東應白馬，掩其不備，顏良可擒也。”操從之，引兵向延津。紹聞操軍到延津將渡兵而北以襲其后，乃急遣騎前鋒文丑趨延津，紹親率大軍推進朝歌(今HEN省淇縣)，圖予曹軍以迎頭痛擊。但當文丑兵趕至延津時，曹操已轉兵兼行，疾趨白馬，而襲顏良軍之后背。顏良此時正督兵繼續攻白馬城，不意操軍卒至，距白馬僅十余里，良大驚，倉卒迎戰。操乃使先鋒偏將軍漢壽亭侯關羽，裨將軍張遼率數百騎疾攻良軍。關羽望見顏良麾蓋，策馬突入良軍中，斬顏良而還，良軍莫能當者，遂解白馬之圍。
曹操已解白馬之圍，乃徙其民，循河南岸向西南撤走。民眾隨軍移家，扶老攜幼，車馬行囊，絡繹于途，成為戰場上顯明目標。袁紹乃渡河追擊之，欲急自延津渡軍包圍截擊操軍之側背，乃令文丑與劉備急急渡河。文丑率越騎校尉王摩渡河后，向南急追，至酸棗(今河南延津縣治)北之南阪。操勒兵駐營南阪下，使偵卒登壘望之，報曰:“可五六百騎。”有頃復報曰:“騎稍多，步兵不可勝數。”操曰:“勿復報。”乃令騎解鞍放馬。是時自白馬南撤之輜重已就道，諸將以為敵騎多，不如保營，荀攸曰:“此所以餌敵，如何去之？”操目攸而笑，遂以輜重誘敵。文丑與劉備將五六千騎前后至，諸將曰:“可上馬。”操曰:“未。”有頃文丑騎至稍多，爭趨輜重，操乃令上馬。時操騎不滿六百，余皆步兵，操縱兵乘紹軍伍之亂，攻擊大破之，遂斬文丑。袁紹在緒戰中，損失兩員名將，軍中大震。曹軍追擊三十里，斬首數千級，得馬數千匹，盡收回所失輜重。遂選騎一千，使討寇校尉樂進率之，往獲嘉助于禁以擊袁軍之西路，操自率大軍，回守官渡。關羽乘操軍南撤時脫走歸劉備于紹軍。樂進率軍至獲嘉(今HEN省獲嘉縣)，知于禁正與袁紹之別軍激戰中，乃縱騎夾擊破之，遂與于禁自延津西南沿河至汲縣，焚燒紹軍堡聚三十余屯，斬首、獲生各數千，收降紹將何茂、王摩等二十余人。然后于禁還守原武，樂進歸還官渡。
袁紹進駐延津南，七月，汝南黃巾劉辟龔都等都叛操而響應袁紹，紹乃遣劉備南下助之，以攻許都，襲曹操之后方根據地；并遣使拜陽安(今HEN省確山縣東北)都尉李通為征南大將軍，使叛曹，通斬紹使。劉備略汝潁之間，以兵逼隱強(今HEN省臨潁縣東)，諸縣多舉眾應之，自許以南，吏民不安。曹操在官渡憂之。曹仁因建議曰:“南方以大軍方有目前急，其勢不能相救，劉備以強兵臨之，其背叛宜也。備新將紹兵，未能得其用。急擊之可破也。”操乃使仁將騎擊備，破走之，復收諸叛縣而還。劉備敗歸袁紹。曹仁于歸官渡途中，更擊破袁紹所遣之騎將韓荀于雞洛山(今HEN省密縣東南之徑山)，斬韓荀。劉備還至紹軍后，陰謀離去，乃說紹南連劉表，紹遣備將本部兵復至汝南與龔都等合眾數千人。操再遣將軍蔡楊擊之，為備所殺。然備雖斬蔡楊，并未有若何作為，蓋其志在另謀發展也。
官渡決戰:袁紹已遣劉備，乃進其大軍至陽武(今HEN省陽武縣博浪亭)，沮授說紹曰:“北兵雖眾，而勁果不及南；南軍谷少，而資儲不如北；南幸急戰，北利在緩師，宜徐持久，曠以日月。”紹不從。遂于八月連營而前，依沙堆為屯，東西數十里，以攻原武及官渡。操一面分營與相當以對抗之，一面急調屯于原武之于禁回守官渡。于禁在原武，擊紹別營于杜氏津(今獲嘉縣北修武縣東)破之，適奉操令還官渡，乃經溫縣渡河而南，出平畢奔中牟，至于官渡。
九月初一，日食。操利用兵家所忌之日，出擊紹軍，不利，復還堅壁以守之。于是紹大軍進臨官渡，起土山高櫓(露樓無覆者)以射操營，操營中皆蒙楯而行。紹以為官渡必破，令軍中各持三尺繩，操軍破當擒縛之。操亦于營中起土山，使于禁于土山上相對抗。操又制霹靂車擊紹露樓皆破。紹又為地道以襲操，操于營內為長塹以拒之，于是紹操兩軍相峙百余日不決。紹校尉張郃說紹曰:“公雖連勝，然勿與曹戰也，密遣輕騎鈔絕其南，則其兵自敗矣。”紹不從。時會操軍糧將盡，操欲退守許都，乃以書與許都留守荀彧議之。彧自許都復書曰:“紹率眾聚官渡，欲與公決勝敗，公以十分居一之眾，畫地而守之，扼其喉而不進已半年矣。今兵雖少，未若楚漢在滎陽、成皋間也。是時劉、項莫肯先退，先退者勢屈也。公以至弱當至強，若不能制，必為所乘，此天下之大機也。且紹能聚人而不能用，情見勢急，必將有變，此用奇之時，不可失也。”操得書，又與軍師荀攸，參軍賈詡等議之，詡曰:“公明勝紹，勇勝紹，用人勝紹，決機勝紹，有此四勝而半年不定者，但顧萬全故也。必決其機，則須臾可定也。”于是，操決計向紹軍反攻，夜引渠水自莨蕩澤以灌紹營，紹退后三十余里，因成莨蕩渠。徐晃部將史渙，于莨蕩渠作戰中俘得紹軍“倉儲吏”，交軍師荀攸問之，知紹軍有運糧車隊旦暮且至，運糧官韓猛，系一銳而輕敵之將。攸乃建議使人襲紹糧車。操問何人可使？攸舉徐晃史渙可任。晃與渙至故市(今HEN省封邱縣西北三十五里，)截擊紹運糧隊，擊破韓猛，燒其輜重而歸。紹軍亦因以乏食。時操軍糧將盡，輸卒疲于奔命，操見而撫之曰:“卻十五日為汝等破紹，不復勞汝等矣。”十月，袁紹遣車千乘運糧，使其左武衛營主將淳于瓊率步兵與屯騎兩校之兵萬余人，北迎運車。沮授又說紹曰:“今以淳于瓊等五將往接糧，雖較把穩，卻非萬全。可再遣步兵校尉蔣奇率其軍為表于外，以絕曹操之鈔。”紹不從。參謀許攸曰:“曹操兵少，而悉師拒我于此，其許下余守，勢必空弱。若分諸軍持之，而遣輕軍從他道星夜掩襲，許拔迎天子，以討操，操為擒矣。如其未潰，可令首尾奔命，破之必也。”紹又不能用。會許攸家中人犯法，紹之留守審配收系之，攸怒，遂奔降于操。操聞許攸來降，大喜過望，跣足以迎之，撫掌而笑曰:“子卿(攸字)遠來，吾事濟矣。”攸因說操曰：“袁氏軍盛，何以待之？今有幾日糧乎？”操曰：“尚可支一歲。”攸曰：“無是，更言之！”曰：“可支半歲。”攸曰：“足下不欲破袁氏耶？何言之不實也？”操曰:“向言戲之耳，其實可一月，為之奈何？”攸曰：“公孤軍獨守，外無救援，而糧已盡，此危急之日也。今袁氏輜重有萬余乘，在故市烏巢屯扎(時淳于瓊已接運至，宿營于此，距紹營四十里)，無嚴備，今以輕兵襲之，不意而至，燒其積聚，不過三日，袁氏自敗也。”操大喜，乃即選精銳步騎五千人，皆用袁軍旗幟暗號，各把束薪銜枚、縛馬口，將親率往襲取之；左右疑而阻之，而荀攸、賈詡勸操行。于是，操留曹洪與荀攸守營，親率諸將士夜從間道出，所歷道，有問者，則語之曰:“袁公恐曹操鈔略后軍，遣兵以益備。”聞者信以為然，因一路無阻。既至烏巢澤旁之營地，圍其屯大放火。淳于瓊營中驚亂，操遂急攻之。會天明，瓊等望見操軍少，乃出陳門外，操急擊之，瓊退保營，操復逼攻之。時紹營于陽武，距烏巢四十里，夜見烏巢火起，校尉張郃進言曰：“烏巢有警，必曹親率精兵往襲烏巢。曹操親往，是志在必破瓊等，不急往救，大事去矣。”中軍監軍郭圖曰：“郃非計也，不知夫孫臏攻魏以救趙乎？故救烏巢，不如攻其官渡本營。”郃曰：“曹操親自出外遠襲，其營中雖空，卻必嚴備以待，倘若我軍攻之急切不拔，而瓊等已成擒，則吾屬盡為虜矣。”袁紹謂其長子譚曰：“就彼攻瓊等，我拔其官渡營，彼固無所歸矣。”因使張郃高覽各駕高櫓往攻官渡曹營，但僅遣輕騎司馬趙睿往救烏巢。操攻瓊營，趙睿救騎亦至。操左右或言：“賊騎稍近，請分兵拒之”！操怒曰：“賊到背后乃白。”于是士卒皆殊死戰。遂斬紹之步兵校尉睦元進，屯騎校尉韓莒，及莒子威璜，殺士卒千余人皆取鼻，牛馬割唇舌，生獲淳于瓊，盡燒其輜重。然后回戰趙睿斬之，乃回軍官渡。
張郃等兵至曹營前，天已破曉，急攻之，曹壘堅固不能拔。繼續圍攻之，將至午時而曹操已自烏巢還師。郃等欲退，督軍郭圖為掩飾其失計，乃譖郃等“郃快軍敗”之語。郃聞之大懼，乃焚其攻具，就操營乞降。曹洪疑之不敢受。荀攸謂洪曰：“郃必與許攸相同，上計不用，被迫來攻，退不見諒，途窮請降，君何疑焉。”會曹操返，迎郃而笑曰：“昔日子胥不早寤，自使身危，豈若微子去殷，韓信歸漢耶！”即拜郃為偏將軍。紹營中獲知烏巢軍糧盡為曹操燒毀，淳于瓊等皆死，而張郃高覽等鐵鎧萬領，悉已降曹。于是各驚失色，互相奔告，軍中士氣，為之所奪。正在紛擾中，曹操以其在烏巢所割之人鼻牛馬唇舌陣示紹軍，紹將士益惶懼。操遂乘勢攻紹營，紹軍已是未戰先亂，不能抵御。袁紹急率其長子袁譚，幅巾乘馬與所率八百騎棄軍北走。紹軍無主，因而大潰。曹操率軍悉力追殺，一日夜追至延津，盡虜紹軍十余萬，及珍寶財物、圖書、輜重，累值巨億，悉落入曹操之手。
點評：在官渡戰役中，戰術對戰略之影響極為重大。袁紹在戰術方面之連續錯誤助長曹操之成功；如拒沮授、張郃、許攸等好計。尤其在烏巢火起之時，袁紹猶欲在毫無準備之下，欲“就操破瓊，吾拔其營”，因而給曹操專力揮軍致死于淳于瓊。及瓊死，郃降，紹軍因之以潰。反觀曹操之用兵，則與紹大異。曹操之救白馬，先為聲西而擊東；其戰文丑，欲取而姑予。及在官渡重新取得主動之初，強大之敵人已展開在正面之上，只有尋求間隙，對敵行“出其不意，以攻其不備”。徐晃史渙之襲燒袁軍糧食千車，即“出其不意”，“擊其無備”。此及烏巢之戰，其確切情報自許攸口中得之，操所以深信不疑，蓋證實其判斷無誤也。然敵已有備，必須“強取”。在強取之前，尤須“詐渡數重敵卡”，冒險犯難，其成敗固難以預期之也。然曹操深知，此舉如勝，或可以挽回頹勢；不有此舉，則軍糧已盡，是守亦敗，退亦敗，未來命運將不堪設想；以是之故，與其坐以待斃，孰若冒險一行，此即曹操所以勇往直前，要從死中求生之作戰精神以出。而此種作戰精神，在官渡之戰，袁紹始終無之。此為官渡戰役所以勝敗之關鍵，亦即所謂“爭取主動為戰術上致勝之要著”(爭取主動，制敵機先)。