时间进入七月，曹操在击退了刘备军之后，稍作休整又再次北上官渡。
为了争取战略上的主动，他派遣虎豹骑臧霸率精兵自琅玡入青州，占领齐、北海、东安等地，牵制袁绍，巩固右翼，防止袁军从东面袭击许都。而他自己则亲自率兵进据冀州黎阳，令于禁率步骑二千屯守黄河南岸的重要渡口延津，协助扼守白马的东郡太守刘延，阻滞袁军渡河和长驱南下，同时以主力在官渡一带筑垒固守，以阻挡袁绍从正面进攻。
因此次大战袁绍在兵力上占据着绝对的优势，所以曹操这次所采取的战略，主要表现在集中兵力，扼守要隘，重点设防，以逸待劳，后发制人上。而曹操本来担心的黄河渡口多，分兵不易把守的难题，也在潘璋带东吴水军横扫黄河之后消除了后顾之忧。如此一来，形势就逼迫的袁绍只能选择从官渡这一处渡河，直捣曹操都城许都。
此次大战，双方可以说是精锐尽出！都摆出了一副不成功便成仁的必胜姿态！
曹操方面，为首的自是曹操的谋士集团！这其中荀彧、荀攸、郭嘉、董昭、毛玠跟随曹操中军屯兵官渡港。将军徐晃、许褚、曹丕、曹彰也跟随在曹操中军。
此外，曹操手下大将还有东平相程昱、杨武将军张绣、建武将军夏侯惇、东郡太守刘延、虎豹骑臧霸、平虏校尉于禁、征南将军李通、汝南太守满宠、厉锋将军曹洪、威武将军蔡阳、越骑将军曹仁、中郎将李典、讨虏校尉乐进，以及颍川太守夏侯渊。从这个阵容来看，无疑已经是曹操的最强阵容了。
再看袁绍方面，除过袁绍本人之外，也有谋士团审配、许攸、苏由。前锋军主将颜良，副将马延、韩定、周昕。骑兵营主将文丑，副将王摩。左军统领淳于琼，副将赵睿、喹元进、韩莒。右军统领沮授，副将蒋奇、荀谌。中军都督郭图、高览、张合、何茂、韩荀、韩猛、吕旷。后军吕翔、蒋义渠、张颉。运输总管逢纪、孟岱。另外还有袁绍的儿子袁谭和主簿陈琳。
其实要仅从双方的人员配置上说，曹操的手下大将综合实力肯定要高于袁绍军的，可问题就在于袁绍的兵力几乎是曹操的五倍！在如此优势的对战情况下，只要袁绍不出什么昏招，那么拿下曹操应该是问题不大的。但是！凡事就怕有但是！袁绍军中的三大隐患也导致了他就算再来十次也打不过曹操的悲惨命运....
这第一自然就是袁绍本人的人品问题了。虽说他手下谋士和将军不少，也有像田丰、沮授这样的一流谋士。可坏就坏在袁绍此人智力有限且刚愎自用，他选择相信谁或者采纳谁的计策，多半是根据自己的喜好和献计之人平时跟他的关系远近来决定的。
其二，也是袁绍军中存在已久的一个问题所在，那就是派系林立，互相不服。就像孙策说得，这树林大了什么鸟都有，而作为主心骨的袁绍如果再不加以调控和管理，那么自己手下的这些派系长期处在窝里斗的状态，那还怎么打仗？？怎么为部队出谋划策？？又怎么能赢？
而这第三条....也就是袁绍军最致命的一条！那就是袁谭、袁尚兄弟不和。虽然说曹操这边也存在着同样的问题，可曹操是何许人也？最起码他在的时候他的儿子们就不敢有一点点的逾越之举。而反观袁绍....他那两个宝贝儿子的矛盾几乎已经到了不可调和的地步。如果再加上两人手下的集团互相争斗，长期内耗之下还怎么能有精兵强将？所以说十万大军也只是虚有其表，花架子罢了。
双方隔着一条黄河僵持了数月有余，期间也进行了一些试探性的攻击，不过大都点到为止互有胜负。但时间一长袁绍就有些奈不住性子，再加上东吴的水军经常在黄河上偷袭他的船队和补给，让袁绍不厌其烦非常恼怒。而曹操军因为以逸待劳，且屯兵之处距离许都很近，所以并不存在补给难得问题。如此此消彼长之下，袁绍终于坐不住了！隔年二月，他终于下令进军白马津，企图渡河寻求与曹军主力进行决战！
袁绍首先派出的就是他手下头号大将颜良，颜良领前锋军五万人马全力进攻白马的东郡太守刘延，企图夺取黄河南岸要点，以保障主力渡河。同年四月，曹操为争取主动，求得初战的胜利，亲自率兵北上解救白马之围。并且在这一战中荀攸献计：“今兵少不敌，分其势乃可。公到延津，若将渡兵向其后者，绍必西应之，然后轻兵袭白马，掩其不备，颜良可擒也。”
曹操依计行事，命人佯攻延津，迫使袁绍分兵救援，而后曹操亲率虎豹骑速袭白马郡！这一招不但解了白马之围，还在交战中斩杀了敌军大将颜良！只不过这时候的关羽已经变成了孙策的小弟，也就没有了“斩颜良，诛文丑”的经典桥段，所以曹操费了好大得劲，最后改由许褚完成了这一壮举。
却说曹操在解了白马之围后，知道袁绍必定会派兵来援，所以他选择立即南撤，并在白马山制造陷阱伏兵攻其不备。曹操还令士卒解鞍放马，并故意将辎重丢弃道旁。袁军一见果然中计，纷纷争抢财物。而这一次，曹操则等来了袁绍手下的另一员大将文丑！伏兵以逸待劳出其不意，将文丑的部队包了饺子，但文丑率领自己的亲兵逃出包围圈向北撤离，可是！就在他渡河之时却突然遭到了东吴潘璋的袭击！最后文丑含恨落水，被潘璋从水里揪出来做了东吴的俘虏....
袁军在这一回合不但作战失利，还损失了手下大将颜良、文丑，可以说是损失惨重！但单就兵力来说袁绍仍占有较大的优势。同年七月，袁绍再次举兵进军阳武，准备绕过有潘璋把守的白马津，直接南下进攻许都。
八月，袁军主力接近官渡，依沙堆立营，东西宽约数十里，曹操也立营与袁军对峙。九月，曹军一度出击，与袁军交战不利，退回营垒坚守。袁绍构筑楼橹，堆土如山，用箭俯射曹营。而曹操手下的刘烨这时挺身而出，并且制作了一种抛石装置的霹雳车，发石击毁了袁军所筑的楼橹。袁绍军一计不成又生一计！又掘地道进攻。曹军也在营内掘长堑相抵抗，粉碎了袁军的计策。
就这样在双方来来回回的拉锯战中又度过了三个月，曹操外境困难，许都的存粮捉襟见肘，前方士兵不足和粮草缺乏的问题日益严重。另外长时间的征战也使得士兵们心力疲乏，军心不稳。曹操甚至脱口而出：“却十五日为汝破绍，不复劳汝矣！”
然而就在这样一种内忧外患的煎熬中，一封信和一支船队却及时的为曹操打了一剂强心针！信是留守许都的荀彧写的，信的大致内容是说：“袁绍将主力集结于官渡，想要与公决胜负。公以至弱当至强，若不能制，必为所乘，这是决定天下大势的关键所在。当年楚、汉在荥阳、成皋之间，刘邦、项羽没有人肯先退一步，以为先退则势屈。现在公以一当十，扼守要冲而使袁绍不能前进，已经半年了。情势已然明朗，绝无回旋的余地，不久就会发生重大的转变。这正是出奇制胜的时机，千万不可坐失。”
而另外的一支船队，则是孙策看准时机送来的雪中炭！整整十船辎重和补给！
打过了强心针，又收到了自己女婿送来的粮草，曹操仰天大笑三声，决心继续坚守待机，同时加强防守。另一方面积极寻求机会主动出击！不久便在孙策水军的协助下截击、烧毁袁绍军数千辆粮车，并且增加了袁军的补给困难。
时间进入十月，袁绍又派车运粮，并令淳于琼率兵万人护送，夜宿于袁军大营以北约20公里的故市、乌巢。恰在这时，袁绍军中的派系之争发挥了巨大的作用，直接导致听信谗言的袁绍杀了自己的谋士田丰，并且间接致使谋士许攸叛逃曹操军。
许攸投奔曹操之后，立刻便建议曹操奇袭乌巢，烧其辎重！曹操采取了许攸出奇制胜的计策之后，亲自率领步骑五千，冒用袁军旗号，利用暗夜走小路偷袭乌巢！曹军急攻乌巢淳于琼，励士死战，并当场斩杀淳于琼！将其粮草全数烧毁。
袁绍获知曹操袭击乌巢后，一方面派轻骑救援，另一方面命令张合、高览率重兵猛攻曹军大营。张合、高览进攻曹营，但却只对付中路，没想到左边夏侯惇、夏侯渊，右边曹仁、李典，中路曹洪，一齐杀出来。袁军抵挡不住三路攻击，大败而逃。
张合和高览打了败仗，正犹豫着回不回去的时候，却得知自己二人已经被小人郭图穿了小鞋！而且袁绍也要拿他二人问罪。心下悲凉的二人一不做二不休，最终决定投降曹操，这也使得袁绍军军心动摇，内部分裂，大军崩溃。
曹操抓住时机趁势而起！举兵发起总攻，并由夏侯惇、曹仁、程昱、臧霸、李通分五路掩杀袁绍逃兵。袁绍仓惶带八百骑兵退回河北，曹军先后歼灭和坑杀袁军七万余人！
随着袁绍的全线撤退，这次的官渡之战曹操可以说是大获全胜！此战过后。不但增强了曹操的实力，为曹操击溃袁绍，统一北方奠定了坚实的基础。而且还为曹操带来了河北一大票的氏族和财阀支持，从此北方再也无人能和曹操抗衡。
官渡之战，经过一年多的对峙，至此以曹操的全面胜利而告结束。而曹操以两万左右的兵力，出奇制胜，击破袁军十万的这一壮举，也被世人奉为经典，并且代代相传。