曹操差点撤退
七月，袁绍率军进驻阳武（今河南中牟北），准备南下攻打许都。到了八月，袁军主力逼近官渡，在沙丘上扎营，军队的营地绵延几十里。曹操也在官渡附近安营，与袁军展开交战。然而，曹操初战失利，被迫退回自己的营地，坚持防守，静待时机。
袁军对曹操的营地发动了猛烈进攻。他们搭建高大的楼橹（一种用来观察或攻守的高塔），堆起土山，向曹军发动箭雨攻击。曹军制造了霹雳车（一种投石器），用来摧毁袁军的楼橹。袁军还试图挖地道进攻曹营，但曹军在营内挖了长沟作为防线，成功阻止了袁军的进攻计划。双方在官渡对峙了六个月，战况非常艰苦。曹操面临严峻的局势：前线兵力不足，粮食快吃完了，士兵极度疲惫，后方局势也不稳定。曹操一度感到难以坚持，几乎动了撤退的念头。
在这种情况下，曹操写信向荀彧征求意见，表达了撤退回许都的想法。荀彧回信劝说道：“袁绍已经将他的主力集中到官渡，显然是打算和您决战。现在您虽然处于劣势，但如果您选择撤退，必然会让袁绍趁势而上，到那时您将失去一切主动权。这场战斗事关天下局势，不能半途而废。您已经孤军坚持了半年时间，而袁绍始终未能击破您的防线，这说明局势已逐渐对您有利。现在，您已经没有回头的余地，接下来的局势很快就会出现重大转机。这正是您以奇兵取胜的关键时刻，绝不能错失良机。”
火烧乌巢
曹操听了荀彧的话后，信心大增，决定继续坚守，等待时机。他派徐晃和史涣去截击并烧毁袁军的数千辆粮车，增加了袁军的补给困难。
十月，袁绍从河北运来了万余车粮草，派大将淳于琼等带着一万多人护送，夜宿在距离袁绍大营四十里的乌巢（今河南延津东南）。
而正在这个时候，也是老天爷帮忙，袁绍的谋士许攸叛了，投奔曹操而来。原来啊许攸这个人比较贪财，当时，许攸家里的人犯法，留守邺城的审配将许攸的妻小逮捕，许攸知道后大怒，就背叛了袁绍。
曹操听说许攸来了，光着脚跑出来迎接，开心地说：“子远（许攸的字）来了，那我们的大事就有希望了！”随后请许攸入座，两人开始交谈。许攸问道：“你的军队还有多少粮食可以维持？”曹操回答：“还能撑一年。”许攸接着问：“哪有那么多？说实话吧！”曹操又答：“还能支持半年。”许攸说：“难道你不想打败袁绍吗？为什么不说实话？”曹操笑着说：“只是跟你开个玩笑，其实粮食只够这个月的用量。”
许攸于是献计道：“现在您孤军奋战，没有援军，粮食也快用尽，这种情况十分危险。如今袁绍的军粮存放在乌巢，虽然有士兵驻守，但防备松懈。如果你派轻装部队快速突袭乌巢，烧毁他们的粮草，不出三天，袁绍的军队就会自行崩溃！”
曹操听后非常高兴，立即展开行动。他留曹洪和许攸守营垒，自己带领五千步骑，打着袁军的旗号，士兵们嘴里含着木棍，把马嘴用布包起来（以避免马匹发出声音），每个士兵带上一束柴草，趁天黑走小路偷袭乌巢。到达后，曹军立即包围并放火。
袁绍得知曹操袭击乌巢后，急忙派轻骑兵前去支援，同时命令中郎将张郃和大将高览带领重兵猛攻曹军的大营，但由于曹营坚固，无法攻破。当曹军急攻乌巢时，袁绍增援的部队已接近，曹操激励将士们必须死磕袁军，曹军的勇将乐进斩杀了淳于琼，并将袁军的粮草全部烧毁，最终大败袁军。
张郃和高览得知乌巢被破，觉得袁绍必败，就投降了曹操。袁绍的军队因此出现内部分裂，军心不稳，最终导致大军崩溃。
袁绍恼羞成怒杀田丰
袁绍看到大势已去，便带着儿子袁谭逃跑了，连部队也不要了，狼狈地逃回黄河以北，曹军大获全胜。曹操命令将投降的袁军全都杀掉，前后斩首七万多人，缴获了大量袁军的辎重、书籍和珍宝。曹操清点袁绍的信件时，发现了自己部下与袁绍勾结的信件，便将这些信件全部烧掉，并说道：“当袁绍强大时，我都不能自保，何况别人呢！”那些暗中与袁绍有联系的部下听后心里松了一口气，从此对曹操更加忠心。
官渡之战后，冀州的各个郡纷纷归顺了曹操。不过沮授没投降，而是被曹军活捉的。沮授被俘时还大声喊道：“我沮授不是投降，是被俘的。”沮授一直受到曹操的赏识，起初曹操赦免了沮授并且厚待他，但最后沮授还是因想回到袁绍阵营而被曹操杀了。
开战时，袁绍拥有十万精兵，而此时的袁绍仅带着八百骑兵逃回北方，几乎是全军覆没。袁绍后悔没有听从田丰的建议。军队撤回后，有人对田丰说：“你一定会受到重用。”田丰回答说：“袁公表面待人宽厚，内心却容易忌恨别人，我多次直言劝谏，违背了他的心意。如果他胜利了，或许会赦免我；但现在他战败了，我估计自己是活不了了。”果然如田丰所料，袁绍觉得自己没听从田丰的建议会被他嘲笑，于是杀了田丰。
经过一年多的对峙，官渡之战以曹操的全面胜利而告结束。曹操以两万左右的兵力，出奇制胜，击破十万袁军。这个战例成为中国历史上以弱胜强，以少胜多的典型战例。曹操以其非凡的才智和勇气，写下了他军事生涯最辉煌的一页。
而这一时期的曹操，确实有如神助，因为他身边出现了一位天才谋士，曹操在他的帮助下，平吕布、战河北，灭乌桓，定辽东，这个人是谁呢？
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