建安五年(200年)一月，曹操讨刘备于徐州，平之。建安五年二月，袁绍将颜良攻白马城，曹操破斩之。再斩绍将文丑于延津，操于绪战中全胜。曹操绪战获胜后，还军官渡。袁绍进军延津。建安五年八月，绍大军进攻官渡，展开攻守战。是年十月，曹操袭乌巢，遂大破绍军。
至官渡作战前之关中、凉州、汉中张鲁等，皆已表面归附于操，益州之刘璋，荆州之刘表，及江东之孙策，则各持中立以观变。因此，曹操欲贯彻“挟天子以令诸侯”之大业，必须先击灭袁绍，然后始能达成其目的。然以声望远胜于曹操之袁绍，地广兵强亦皆优于操，自不甘为操下，必当举兵击灭之以求独尊。于是，袁曹在此种两雄不并立之形势下，遂导致官渡一决雌雄之战。
绪战:汉献帝建安五年(200年)正月，袁绍以进攻许都为目标自邺城出兵南进，知操以东郡太守率步兵千人驻守白马城。绍欲先行驱逐此一途上障碍，乃先遣大将颜良率其前锋军万二千余攻白马城。并遣屯骑司马何民率屯骑一部，轻骑一部，沿黄河攻获嘉，窥孟津等地。绍亲率大军至黎阳荡阴(今HEN省汤阴县)间。
时曹操军于官渡，探知袁绍大军将从黎阳津南渡，先遣颜良率万余人渡河围攻刘延于白马。四月初，操欲北救刘延，军师荀攸说操曰:“今兵少，不敌，必分其势乃可。公到延津，若将渡兵向其后者，绍必而应之。然后轻兵东应白马，掩其不备，颜良可擒也。”操从之，引兵向延津。绍闻操军到延津将渡兵而北以袭其后，乃急遣骑前锋文丑趋延津，绍亲率大军推进朝歌(今HEN省淇县)，图予曹军以迎头痛击。但当文丑兵赶至延津时，曹操已转兵兼行，疾趋白马，而袭颜良军之后背。颜良此时正督兵继续攻白马城，不意操军卒至，距白马仅十余里，良大惊，仓卒迎战。操乃使先锋偏将军汉寿亭侯关羽，裨将军张辽率数百骑疾攻良军。关羽望见颜良麾盖，策马突入良军中，斩颜良而还，良军莫能当者，遂解白马之围。
曹操已解白马之围，乃徙其民，循河南岸向西南撤走。民众随军移家，扶老携幼，车马行囊，络绎于途，成为战场上显明目标。袁绍乃渡河追击之，欲急自延津渡军包围截击操军之侧背，乃令文丑与刘备急急渡河。文丑率越骑校尉王摩渡河后，向南急追，至酸枣(今河南延津县治)北之南阪。操勒兵驻营南阪下，使侦卒登垒望之，报曰:“可五六百骑。”有顷复报曰:“骑稍多，步兵不可胜数。”操曰:“勿复报。”乃令骑解鞍放马。是时自白马南撤之辎重已就道，诸将以为敌骑多，不如保营，荀攸曰:“此所以饵敌，如何去之？”操目攸而笑，遂以辎重诱敌。文丑与刘备将五六千骑前后至，诸将曰:“可上马。”操曰:“未。”有顷文丑骑至稍多，争趋辎重，操乃令上马。时操骑不满六百，余皆步兵，操纵兵乘绍军伍之乱，攻击大破之，遂斩文丑。袁绍在绪战中，损失两员名将，军中大震。曹军追击三十里，斩首数千级，得马数千匹，尽收回所失辎重。遂选骑一千，使讨寇校尉乐进率之，往获嘉助于禁以击袁军之西路，操自率大军，回守官渡。关羽乘操军南撤时脱走归刘备于绍军。乐进率军至获嘉(今HEN省获嘉县)，知于禁正与袁绍之别军激战中，乃纵骑夹击破之，遂与于禁自延津西南沿河至汲县，焚烧绍军堡聚三十余屯，斩首、获生各数千，收降绍将何茂、王摩等二十余人。然后于禁还守原武，乐进归还官渡。
袁绍进驻延津南，七月，汝南黄巾刘辟龚都等都叛操而响应袁绍，绍乃遣刘备南下助之，以攻许都，袭曹操之后方根据地；并遣使拜阳安(今HEN省确山县东北)都尉李通为征南大将军，使叛曹，通斩绍使。刘备略汝颍之间，以兵逼隐强(今HEN省临颍县东)，诸县多举众应之，自许以南，吏民不安。曹操在官渡忧之。曹仁因建议曰:“南方以大军方有目前急，其势不能相救，刘备以强兵临之，其背叛宜也。备新将绍兵，未能得其用。急击之可破也。”操乃使仁将骑击备，破走之，复收诸叛县而还。刘备败归袁绍。曹仁于归官渡途中，更击破袁绍所遣之骑将韩荀于鸡洛山(今HEN省密县东南之径山)，斩韩荀。刘备还至绍军后，阴谋离去，乃说绍南连刘表，绍遣备将本部兵复至汝南与龚都等合众数千人。操再遣将军蔡杨击之，为备所杀。然备虽斩蔡杨，并未有若何作为，盖其志在另谋发展也。
官渡决战:袁绍已遣刘备，乃进其大军至阳武(今HEN省阳武县博浪亭)，沮授说绍曰:“北兵虽众，而劲果不及南；南军谷少，而资储不如北；南幸急战，北利在缓师，宜徐持久，旷以日月。”绍不从。遂于八月连营而前，依沙堆为屯，东西数十里，以攻原武及官渡。操一面分营与相当以对抗之，一面急调屯于原武之于禁回守官渡。于禁在原武，击绍别营于杜氏津(今获嘉县北修武县东)破之，适奉操令还官渡，乃经温县渡河而南，出平毕奔中牟，至于官渡。
九月初一，日食。操利用兵家所忌之日，出击绍军，不利，复还坚壁以守之。于是绍大军进临官渡，起土山高橹(露楼无覆者)以射操营，操营中皆蒙楯而行。绍以为官渡必破，令军中各持三尺绳，操军破当擒缚之。操亦于营中起土山，使于禁于土山上相对抗。操又制霹雳车击绍露楼皆破。绍又为地道以袭操，操于营内为长堑以拒之，于是绍操两军相峙百余日不决。绍校尉张郃说绍曰:“公虽连胜，然勿与曹战也，密遣轻骑钞绝其南，则其兵自败矣。”绍不从。时会操军粮将尽，操欲退守许都，乃以书与许都留守荀彧议之。彧自许都复书曰:“绍率众聚官渡，欲与公决胜败，公以十分居一之众，画地而守之，扼其喉而不进已半年矣。今兵虽少，未若楚汉在荥阳、成皋间也。是时刘、项莫肯先退，先退者势屈也。公以至弱当至强，若不能制，必为所乘，此天下之大机也。且绍能聚人而不能用，情见势急，必将有变，此用奇之时，不可失也。”操得书，又与军师荀攸，参军贾诩等议之，诩曰:“公明胜绍，勇胜绍，用人胜绍，决机胜绍，有此四胜而半年不定者，但顾万全故也。必决其机，则须臾可定也。”于是，操决计向绍军反攻，夜引渠水自莨荡泽以灌绍营，绍退后三十余里，因成莨荡渠。徐晃部将史涣，于莨荡渠作战中俘得绍军“仓储吏”，交军师荀攸问之，知绍军有运粮车队旦暮且至，运粮官韩猛，系一锐而轻敌之将。攸乃建议使人袭绍粮车。操问何人可使？攸举徐晃史涣可任。晃与涣至故市(今HEN省封邱县西北三十五里，)截击绍运粮队，击破韩猛，烧其辎重而归。绍军亦因以乏食。时操军粮将尽，输卒疲于奔命，操见而抚之曰:“却十五日为汝等破绍，不复劳汝等矣。”十月，袁绍遣车千乘运粮，使其左武卫营主将淳于琼率步兵与屯骑两校之兵万余人，北迎运车。沮授又说绍曰:“今以淳于琼等五将往接粮，虽较把稳，却非万全。可再遣步兵校尉蒋奇率其军为表于外，以绝曹操之钞。”绍不从。参谋许攸曰:“曹操兵少，而悉师拒我于此，其许下余守，势必空弱。若分诸军持之，而遣轻军从他道星夜掩袭，许拔迎天子，以讨操，操为擒矣。如其未溃，可令首尾奔命，破之必也。”绍又不能用。会许攸家中人犯法，绍之留守审配收系之，攸怒，遂奔降于操。操闻许攸来降，大喜过望，跣足以迎之，抚掌而笑曰:“子卿(攸字)远来，吾事济矣。”攸因说操曰：“袁氏军盛，何以待之？今有几日粮乎？”操曰：“尚可支一岁。”攸曰：“无是，更言之！”曰：“可支半岁。”攸曰：“足下不欲破袁氏耶？何言之不实也？”操曰:“向言戏之耳，其实可一月，为之奈何？”攸曰：“公孤军独守，外无救援，而粮已尽，此危急之日也。今袁氏辎重有万余乘，在故市乌巢屯扎(时淳于琼已接运至，宿营于此，距绍营四十里)，无严备，今以轻兵袭之，不意而至，烧其积聚，不过三日，袁氏自败也。”操大喜，乃即选精锐步骑五千人，皆用袁军旗帜暗号，各把束薪衔枚、缚马口，将亲率往袭取之；左右疑而阻之，而荀攸、贾诩劝操行。于是，操留曹洪与荀攸守营，亲率诸将士夜从间道出，所历道，有问者，则语之曰:“袁公恐曹操钞略后军，遣兵以益备。”闻者信以为然，因一路无阻。既至乌巢泽旁之营地，围其屯大放火。淳于琼营中惊乱，操遂急攻之。会天明，琼等望见操军少，乃出陈门外，操急击之，琼退保营，操复逼攻之。时绍营于阳武，距乌巢四十里，夜见乌巢火起，校尉张郃进言曰：“乌巢有警，必曹亲率精兵往袭乌巢。曹操亲往，是志在必破琼等，不急往救，大事去矣。”中军监军郭图曰：“郃非计也，不知夫孙膑攻魏以救赵乎？故救乌巢，不如攻其官渡本营。”郃曰：“曹操亲自出外远袭，其营中虽空，却必严备以待，倘若我军攻之急切不拔，而琼等已成擒，则吾属尽为虏矣。”袁绍谓其长子谭曰：“就彼攻琼等，我拔其官渡营，彼固无所归矣。”因使张郃高览各驾高橹往攻官渡曹营，但仅遣轻骑司马赵睿往救乌巢。操攻琼营，赵睿救骑亦至。操左右或言：“贼骑稍近，请分兵拒之”！操怒曰：“贼到背后乃白。”于是士卒皆殊死战。遂斩绍之步兵校尉睦元进，屯骑校尉韩莒，及莒子威璜，杀士卒千余人皆取鼻，牛马割唇舌，生获淳于琼，尽烧其辎重。然后回战赵睿斩之，乃回军官渡。
张郃等兵至曹营前，天已破晓，急攻之，曹垒坚固不能拔。继续围攻之，将至午时而曹操已自乌巢还师。郃等欲退，督军郭图为掩饰其失计，乃谮郃等“郃快军败”之语。郃闻之大惧，乃焚其攻具，就操营乞降。曹洪疑之不敢受。荀攸谓洪曰：“郃必与许攸相同，上计不用，被迫来攻，退不见谅，途穷请降，君何疑焉。”会曹操返，迎郃而笑曰：“昔日子胥不早寤，自使身危，岂若微子去殷，韩信归汉耶！”即拜郃为偏将军。绍营中获知乌巢军粮尽为曹操烧毁，淳于琼等皆死，而张郃高览等铁铠万领，悉已降曹。于是各惊失色，互相奔告，军中士气，为之所夺。正在纷扰中，曹操以其在乌巢所割之人鼻牛马唇舌阵示绍军，绍将士益惶惧。操遂乘势攻绍营，绍军已是未战先乱，不能抵御。袁绍急率其长子袁谭，幅巾乘马与所率八百骑弃军北走。绍军无主，因而大溃。曹操率军悉力追杀，一日夜追至延津，尽虏绍军十余万，及珍宝财物、图书、辎重，累值巨亿，悉落入曹操之手。
点评：在官渡战役中，战术对战略之影响极为重大。袁绍在战术方面之连续错误助长曹操之成功；如拒沮授、张郃、许攸等好计。尤其在乌巢火起之时，袁绍犹欲在毫无准备之下，欲“就操破琼，吾拔其营”，因而给曹操专力挥军致死于淳于琼。及琼死，郃降，绍军因之以溃。反观曹操之用兵，则与绍大异。曹操之救白马，先为声西而击东；其战文丑，欲取而姑予。及在官渡重新取得主动之初，强大之敌人已展开在正面之上，只有寻求间隙，对敌行“出其不意，以攻其不备”。徐晃史涣之袭烧袁军粮食千车，即“出其不意”，“击其无备”。此及乌巢之战，其确切情报自许攸口中得之，操所以深信不疑，盖证实其判断无误也。然敌已有备，必须“强取”。在强取之前，尤须“诈渡数重敌卡”，冒险犯难，其成败固难以预期之也。然曹操深知，此举如胜，或可以挽回颓势；不有此举，则军粮已尽，是守亦败，退亦败，未来命运将不堪设想；以是之故，与其坐以待毙，孰若冒险一行，此即曹操所以勇往直前，要从死中求生之作战精神以出。而此种作战精神，在官渡之战，袁绍始终无之。此为官渡战役所以胜败之关键，亦即所谓“争取主动为战术上致胜之要着”(争取主动，制敌机先)。