正在这时，袁绍从后方又调集了很多粮草存放在乌巢（今河南延津东南），由将领淳于琼看守。而此时曹军的粮食只能支撑一个月时间，情况十分危机。正在这时，袁绍手下的谋士许攸因为得不到器重，前来投靠曹操，并给曹操献上了火烧乌巢的计谋。曹操大喜，把许攸奉为上宾，仔细和他商讨突袭乌巢的计划，随后便亲自带着精锐的骑兵，举着袁绍的军旗，悄悄来到袁军存放粮食的地方。曹军在乌巢四处纵火，粮仓瞬间被大火侵吞，袁军士兵被火光和叫喊声吓得六神无主，竟然忘记了抵抗，被曹军杀了好几万人，淳于琼也被杀死。
起初袁绍没有把曹操放在眼里，如今曹操势力与日俱增，袁绍不得不开始注意曹操的动静。袁绍想要称帝，曹操成了第一个对他设置障碍的人，这么一来，袁绍觉得很有必要把曹操消灭掉。公元200年，袁绍命将领颜良带着十万大军，一万多匹战马，准备南下进攻许都。
正在曹操紧张地部署防备时，刘备首先对曹操发起进攻。当时刘备从曹操手下逃跑，并且占领徐州，令曹操大为光火，如今刘备经过一段时间的休整和发展，手下已经有了一万多人，还占领了下邳和沛县。他听到袁绍准备讨伐曹操的消息，便和袁绍联合起来，由他先一步发起进攻，让曹操措手不及。然而刘备才刚刚出兵，曹操就亲自率领军队朝沛县攻了过来，没多久就占领了沛县，还抓住了关羽，刘备则跑到袁绍那儿躲了起来。
曹操首先对盘踞在寿春（今安徽寿州）的袁术发动进攻，没用多少时间就把袁术的军队打得落花流水，逼得袁术弃城逃跑，投奔了袁绍。接着曹操暗中命人在河内郡挑起事端，再发兵攻打，最后占领了河内郡。这个时候，曹操的领土差不多包括了黄河以南、淮、汉以北的大部分地区，而袁绍正好位于黄河下游以北的地区，两个人形成了对立局面。
颜良先围攻白马城，曹操率兵迎战。他故意把部队带到延津（今河南延津北，在白马以西），让颜良以为他们要从那儿过河，袁军果然上当，颜良派一队人马来延津攻打曹军，曹操看准时机，突然带军杀回白马，打得颜良措手不及。曹军士气高涨，袁军节节败退，颜良最后被曹操杀死，白马城归曹操所有。
曹操早就想和袁绍大战一场，如今机会来了，自然很兴奋。但是他的部下却忧心忡忡，很多人认为袁绍兵强马壮，胜利的机会非常渺茫，曹操却不以为然。他对袁绍十分了解，认为袁绍完全没有别人说的那么厉害，只是一个妄自菲薄的小人，根本不懂得用兵打仗，还对手下人态度恶劣，可以说，袁绍在军中不得人心。所以曹操不惧怕袁绍，他把自己所有的兵力都集中起来，先让臧霸带着一队士兵从琅琊（今山东临沂北）到达青州，占领齐郡（今山东临淄）、北海（今山东昌乐）和东安（今山东沂水县），防止袁绍部队从许都的东面进行偷袭。然后派另一队人马驻扎在关中，并想办法占领凉州。曹操自己也带着一批人马在冀州黎陽布下防线，另外还在官渡（今河南中牟东北）安排了士兵。
三个月时间过去了，曹军和袁军多次交战，谁也没有取得实质性的胜利。如果一直僵持下去，曹军会因为粮草缺乏而被袁军打败，曹操急得不知该怎么办才好，士兵们精神不济，信心大减，这样下去后果不堪设想。
公元198年，袁绍跑到冀州，打败了占据在那儿的公孙瓒，然后把青州、幽州、并州全部占为己有，经过一段时间的发展，袁绍已经拥有了十万大军。曹操当时只有两万人马，从实力上来看，袁绍算得上是当时割据势力中最强大的。曹操人马虽少，但他时刻想着要把袁绍灭掉，而在这之前，他必须先壮大自己的势力。
火烧乌巢后，曹军一鼓作气朝袁军营地进攻，很多袁军将领听到淳于琼被杀之后，纷纷向曹操缴械投降，加上曹军又斩杀了七万多袁军，袁绍的人马已经少之又少。眼看大势已去，袁绍也顾不得残兵败卒，一个人逃了回去。至此，这场战争以曹操的胜利而告终。
官渡之战是中国历史上以少胜多的著名战役之一，曹操仅凭两万多人，打败了袁绍的十万大军。官渡之战后，袁绍一直沉浸在兵败的低迷情绪中，不久便抑郁而死。曹操趁机把袁绍余部一网打尽，并逐步统一了北方地区。
两万人马对十万大军，获胜的可能确实很微小，因此曹操没有把兵力分散出去，而是集中守住几个重要的地方，这种做法无疑是正确的。尤其是官渡这个地方，水利交通发达，四面都是比较重要的城镇，而且还是许都东北面的重要关口，如果不守住这儿，许都一定会被袁绍攻破。
袁绍听到颜良阵亡的消息，大吃一惊，想到自己损失了一名大将，不由得十分痛心。但他仗着自己兵马充足，还是没有把曹操放在眼里。袁绍命大军兵分两路，从东、西两方向围攻官渡，曹操出兵迎战，但被袁军打败，退了回去。之后曹操又发动了几次进攻，全部以失败告终。袁绍修建了很多高高的木楼，还用沙土堆出一个个小山丘，弓箭手就站在木楼上，或者埋伏在山丘后面，朝曹营放箭，射杀了很多曹军。曹操的一个谋士想了个好办法，他让士兵们制造出一种能够把石头抛出去的霹雳车，大块的石头从半空中砸落在木楼上，不但毁坏木楼，还砸死了不少袁军。袁绍见计谋失败，又想出挖地道的方法，打算从地下偷袭曹营，可是曹操发觉了袁军的计划，那些地道随即就被曹军用土封住了。
