汉献帝建安五年（公元200年）二月，袁绍任命沮授为监军，统率10万大军，从邺城（河南安阳北）出发，进攻许昌。袁绍亲率十余万冀州精兵到黄河北岸的黎阳（今河南浚县东北）建立自己的指挥部。相隔曹操的驻地官渡（河南中军县东北）已不远，袁绍企图一举消灭曹军。
曹操当时是东汉献帝时期的丞相，他挟天子以令诸侯、巧用计谋，先后打败了吕布、袁术和张绣等军阀。这时北方仅剩的大军阀就是袁绍。他据有冀、青、幽、并四州，兵多将广，谋士很多，粮食充足。他见曹操势力日强，一直想进攻许昌，与曹军决战。曹操则把袁绍视为统一北方的最大障碍，决心要铲除他。双方虎视眈眈，秣马厉兵，寻求机会开战。
曹操在打败袁术以后，在一次议事会上向谋士们询问讨伐袁绍的良策。
著名谋士郭嘉说：“袁绍虽然兵多，但他不会用兵，而且军纪松懈，战斗力不强；谋士虽多，但互相忌嫉；袁绍任人唯亲，爱听谗言，优柔寡断，多谋少决，是非不分。”他认为袁军有这么多不利因素，兵将虽多，但没有什么可怕。与此相反，他认为曹操治军严明，唯才是用，多谋善断，雷厉风行，用兵如神，兵力虽少，定能以少胜多，打败袁军。
谋士们的分析与曹操的估计完全一致，袁绍在曹操心目中早有定论。他在不久前与刘备煮酒论英雄时，就认为“袁绍色厉内荏，优柔寡断，缺少谋略，大事怕死，小利拼命，不是英雄”。
曹操真是料敌如神，以后的事变进程，完全和他与其谋士们料定的那样：袁绍拥兵数十万，但不会选择战机；谋士虽多，互相忌嫉，袁绍不辨是非，拒纳良策。
当曹操在此以前，用20万兵力攻打徐州时，刘备被困在小沛，派孙乾向袁绍求救，谋士田丰力主趁曹操后方空虚时，发兵突袭许昌，以解徐州之围。但袁绍却以小儿患病，无心过问战事为由，对他的计谋漠然置之不理，气得田丰直跺脚叹气说：“看到别人危难而不顾，心里只有儿子，多好的战机失掉了！”
刘备被曹操打败以后来投袁绍，他一时高兴，便要出兵攻打曹操。田丰认为时机不合适，他冒险进谏说：“现在曹操刚刚胜利，士气正旺，不能现在和他打，应该等待时机出兵。”
袁绍决意不听，田丰急得跪在地上叩头说：“主公如果不听我的话，肯定出师不利！”袁绍听他这样说，勃然大怒，怪他扰乱军心和民心，竟要杀他，经刘备说情，才改为囚禁。
袁军在和曹军作战中，互有胜负，最后，袁绍集中70万大军攻打官渡，企图从这里突破，去攻取许昌。曹操亲自率7万精兵来与他决战。田丰在狱中知道消息以后，又致函袁绍，希望他不要轻易动兵，要等待时机，以免失利。这封信被一个与田丰作对的谋士逢纪看见，他冷言冷语挑唆说：“主人顺应天意伐曹是正义之师，田丰为何说不吉利话？”袁绍听了，更厌恶田丰，又要杀他，经部下劝阻才罢。他恨恨地说：“等我打败了曹操，回来再治他的罪。”
袁军和曹军在官渡对峙达两月之久，初期战斗，互有死伤。袁军曾在城下筑起土山，居高临下，向城中士兵放箭，曹军一度很惊慌，军士们每天被迫躺在地上用挡箭牌防箭，以减少伤亡。曹军有个谋士叫刘晔，他设计了一种“发石车”，又叫“霹雳车”，只要对方一射箭，这里就用发石车对付他们。一声号令，拽动石车，炮石腾空飞起，准确地落在土山上，巨石如雨，把弓箭手砸伤或砸死，吓得袁军士兵以后不敢再利用土山射箭了。
大军作战，粮草先行。双方对峙，从8月到9月底，日期一长，粮草供应异常紧张。曹军渐渐感到疲乏，特别是粮食调运困难，不易及时保证供应。曹操一度想从官渡撤军回许昌，但事关重大，他一时下不了决心，便写信去征询谋士荀彧的意见。
荀彧（音hū）很快回信，力主曹操坚持下去，不能撤军。他在信中说：“我军与袁军的对阵，形势有点像当年楚、汉相争的局面，现在正是寻找战机的时候，千万不能退军！”
曹操觉得信中的话说到他心里去了，他命令全军将士一定要死守阵地，他再也不提撤兵了。就在这个时候，曹操的部将徐晃抓到了袁军一个侦探，他供认一个重要消息：“袁绍派大将军韩猛运军粮来了，派我先来探路。”曹操的谋士荀攸知道以后，要曹操派兵劫住袁军运粮车，全部予以烧毁。
袁绍的谋士审配知道粮车被劫烧以后，对他说：“打仗以粮食为重，乌巢是屯放粮草重地，必须派重兵把守。”袁绍立即派大将淳于琼率领两万精兵加强乌巢护粮兵力。但淳于琼是个酒鬼，脾气暴躁，动则鞭苔士兵。他到乌巢以后，每日酗酒，将士们怕他，无人敢劝。袁绍派贪酒将军护粮，结果误了大事。
袁绍帐下谋士许攸，是曹操旧友，他截获了曹操送给许昌荀彧的密信，信中说：“军中粮草已经用完，望速运粮来。”跑去对袁绍说：“曹操军粮用尽，他的精兵尽在官渡，许昌必然空虚。主公派支军队袭击许昌，曹操老巢即可捣毁。”但袁绍不信任许攸，因为他刚得到审配从邺城发来的文书，其中揭发许攸在冀州任职时受人贿赂，他听许攸献计以后，不但不给予嘉奖，反而怒冲冲地斥责他：“你的行为不端，有什么脸面向我献计？你与曹操是旧交，想为曹贼行骗吗？退下，以后不许见我。”
许攸满以为可以邀功，想不到袁绍给他当头一棒，他退出帐外，仰天长叹：“天啦！忠言逆耳啊！”他反复考虑，觉得袁绍昏庸无能，迟早必败，不值得为他效忠，当晚就潜出营去投曹操。
夜深人静，曹操正躺在床上无法入睡，为军中缺粮发愁，他听说许攸深夜求见，高兴得连鞋子也来不及穿，光脚出帐迎接，挽着他的臂膀走入大帐，然后朝他拜伏在地上叩头不已。许攸慌忙扶起曹操说：“您是汉朝丞相，我不过是一个平民百姓，您何必这样谦恭？”曹操说：“我们是故友，何必分官职上下尊卑呢？”许攸异常感动：“唉，我不会择主，在袁绍手下谋事，言不听、计不从，今天特来投奔您啊！”
曹操说：“您肯来我这里，我的事业就成功了，请您教我破袁绍的计谋。”许攸说：“我有一计，可使袁绍百万之众不战自灭。”他告诉曹操，袁绍的军粮辎重都积存在乌巢，由一个酒鬼将军防守，只要派一支精兵，伪装成袁军蒋奇部去乌巢护粮，就可乘机烧掉袁绍军粮。袁军无粮，不战自溃。
曹操十分高兴，立即亲选五千精兵，伪装袁军，连夜赶往乌巢烧粮。沿途哨兵查问时，他们一律回答说“蒋奇将军奉命去乌巢护粮”，没有遇到任何怀疑和阻拦，顺利通过警戒。曹军在报晓时分到达乌巢，立即击鼓冲入粮仓营寨放火。刹时火光冲天，寨内大乱。守将淳于琼这时正醉倒在床上酣睡，被吵醒后他正要出去查问，立即被曹军捉获。曹军横冲直闯，见粮囤就烧，见袁兵就杀；乌巢粮仓顷刻化为灰烬，护粮军士非死即逃。
袁绍见曹军去乌巢烧粮，估计曹营空虚，便派兵去劫寨，但被曹操预先安排好的伏兵杀得大败而归。袁绍70万大军没有了粮食，立时大乱。袁军内部发生分裂，大将张郃、高览率所属部队投降曹操。曹军趁机发起总攻，把袁军杀得落花流水，袁绍父子仅带800骑兵逃回河北。
官渡之战创造了以少胜多的军事奇迹，为曹操日后统一北方奠定了基础。官渡之战后不久，袁绍便气急病死，曹操成为北方首屈一指的领袖人物。