袁绍在战争初期受到了严重挫折，但是他并没有从失败中吸取教训，还是仗着在军队数量、装备和物资储备上的优势，坚持要同曹操决战。经过一段休整以后，到了这一年的七月，袁绍又把大军集结到官渡北面的阳武，准备继续发动进攻。这时候，沮授再一次向他分析战争的形势说：“我方军队虽然人数多，却比不上曹军勇敢善战；曹军的弱点是军粮少，物资储备没有我方充足。曹军利于急战，我军利于慢打。因此，我军应当用持久战来消耗曹军的力量，以便最后战胜曹军。”袁绍不听这些劝告，仍然一意孤行。他命令主力部队开到官渡前线，依托沙堆建立营寨，从东到西有几十里长。曹军也分别扎下营盘，和袁军相对抗。
九月，曹操向袁军发动了一次进攻，没有能够取胜。他便改变方针，深沟高垒，固守阵地，等待有利时机，再向袁军进攻。袁绍求战心切，他看到曹军缩回营中不再出来，就命令士兵在曹营外面堆起很多土山，在土山上砌起高高的壁楼，让士兵们在壁楼上向曹军营垒放箭。号令一下，袁军壁楼上万箭齐发，箭像雨点般向曹军射来；曹营士兵只得用盾牌遮住身体，人心慌恐。针对袁军这种做法，曹操叫工匠连夜赶造一批发石车，分布在营墙内，正对着袁军的土山。等袁军弓箭手一射箭，曹营内一齐拽动发石车，连珠般发射石块，往上乱打。袁军的壁楼被击破，弓箭手也死伤了不少。发石车发射石块的时候声响如雷，人们管这种车叫“霹雳车”。袁绍见用壁楼进攻没有成功，便命人暗凿地道，直通曹营。曹操就叫士兵们在营墙内挖掘长沟，进行防御。袁军把地道挖到沟边，果然无法进入，反而白费了许多力气。这样，双方在官渡相持了约三个月。
经过白马、延津之战，袁、曹双方进入了暂时相持的阶段。袁绍虽然在这两次战斗中连遭不利，但是仍然保持着优势。从人力上说，袁绍军队将近10万，曹操最多不过三四万。从后方的经济力量上说，曹操占领的兖〔yan演〕、豫二州，是汉末以来破坏得最严重的一个地区，远不如袁绍占领的河北地区那样富庶。曹操虽然在进入许都的同一年，就开始屯田积谷，毕竟还只有四五年光景，军用粮饷，远远不如袁绍充足。然而，曹操是历史上一个眼光远大和才能出众的政治家，为了收揽人心，他采取了一些比较开明的政治措施。例如：他曾把阳安郡(故城在今河南省确山县东北)内所征收的绵绢，完全发还给百姓。又如：他下令部队行军，不许马踏青苗，违者处死。有一次他自己的马踏坏了麦田，还命令部属按照规定议罪，结果自己拔出佩剑，把头发割下一绺，掷在地上，来表示对自己过失的惩罚。曹操的这类作法客观上有利于人民，所以在一定程度上，他能够得到人民的支持，为在军事上战胜敌人创造了有利条件。
曹操方面军队人数少，军粮又很困难，战争如果旷日持久地僵持下去，对曹军不利。面对这种情况，曹操本人曾一度动摇，打算退守许都。曹操的谋士荀彧为他分析战争的前途，认为这次战争是打败袁绍的好机会。他劝曹操要尽最大努力，争取最后胜利。曹操接受了荀彧的意见，坚定了和袁绍周旋到底的决心。他一面命令部队继续固守官渡，一面密切注视敌人的动态，寻找有利时机，进行最后决战。
