七日之后，四更造饭，饭后天明，双方军阵列队完毕，曹袁决战一触即发。两边均是左右两翼为骑兵，中军为步兵，大致顺序依次为盾牌兵、长枪兵、弓箭手、近战兵，当然这是明面上的，至于中间夹杂着的各自的精锐部曲在什么位置，还得双方主帅自己判断。
按照约定，双方各射一箭，曹操、袁绍纵马来到一射之地，互相见礼。曹操率先开口：“本初兄，汝身为汉臣，四世三公，如今又贵为邺侯，何故背反朝廷？”
袁绍冷哼一声，反唇相讥：“曹孟德，枉我对汝信任有加，汝却几次三番诓骗于我，如此奸诈小人，岂可身居君侧？我身为汉臣自当为陛下分忧，铲除朝中奸佞，还朝堂清明。”
“袁本初，我蒙陛下看重，拜为大将军兼征北将军，奉明诏征讨逆贼，谁为奸佞一目了然。”
“曹阿瞒！休要逞口舌之力，我身后十一万精兵气势如虹，又有河北四庭柱坐阵，等下汝败下阵来，为我所擒，看汝还有何话说。”
“袁绍，我兵虽少，却乃正义之师，孰胜孰败，尚未可知，愿足下沐浴净首，待吾刀至。”
曹操、袁绍拨马回归本阵，开始战前动员。
袁绍大喊：“曹操奸贼，挟持天子，祸乱朝纲，本侯世受皇恩，自当尽臣子之力，拯救天子，铲除奸佞。”
袁军高喊三声：“救天子！除奸佞！”
曹操这边不甘示弱：“众位将士！我等奉天子明诏，讨伐逆贼袁绍，今日决战，敌军兵力多于我军，汝等惧否？”
曹军高声回应：“不惧！不惧！不惧！”
曹操接着大喊：“众将士听令！匡扶汉室，剿除逆贼。杀！”说完便拔出腰间宝剑，向前一挥。
曹军再次高声回应：“杀！杀！杀！”
双方战鼓隆隆，全军冲杀，喊杀声响彻天地。在漫天箭雨的洗礼下，双方兵力一经交汇，刹那间战场上血肉横飞，尸横阵前。经过鲜血的刺激，曹、袁士兵一个个状若疯狂，全力冲击着敌方战阵，毫不相让。一波士兵顶了上去，然后倒下，紧接着下一波士兵又顶了上去……循环往复，战局陷入了胶着。
曹操、袁绍都发现了这一现象，立马分别派出陷阵营、先登死士出击，不过二者没有相遇，而是冲向了另一侧。有了精锐的加入，曹袁双方都势如破竹，撕开了对方的防御，不过两边主帅马上就发现了各自的部署问题，立即下令改变进军方向，这下陷阵营和先登死士对上了。但是先登死士并不是重甲兵，而是强弩兵，所以面对攻防一体的“铁军”陷阵营，先登死士只能节节败退，这就导致袁军的阵型不断地收缩，战场的天平正在向曹军倾斜。
袁绍发现势头不对，立即下令骑兵出击，绕过曹军精锐直冲中军，曹操得到消息，同样下令两翼骑兵出战，务必牵制住敌方骑兵，没错，是牵制，两翼都是三千对五千，数量不占优，但是曹纯、去卑却不这样想，二人接到命令立马带领部众出击，麾下一个个士兵都异常兴奋。
虎豹骑兴奋是因为这是他们真正意义上的第一战，作为骑兵精锐，这一仗必须打出他们的威名；匈奴精骑兴奋是因为这是他们能够成为大汉百姓的机会，匈奴勇士的骄傲充斥着他们的大脑，袁军在他们眼中就是良田和大汉百姓的“户口本”。
所以，哪怕是兵力比对方少，曹军骑兵的勇猛也让袁军骑兵的冲锋为之一滞，虎豹骑极善远程攻击，一人双马，与袁军骑兵左右拉扯，没多少时辰袁军骑兵就显出了疲态，被虎豹骑压着打；匈奴精骑则是靠个人勇武，硬生生杀得袁军骑兵阵形混乱、军心不稳。骑兵交战看似袁军占优，实则曹军正在缓缓推进。
眼看时机成熟，曹操下令铁骑营出击，张辽得到命令立刻跨上战马，麾下骑兵也迅速披甲乘马，张辽一挥手中长戟，铁骑营缓缓起步，中军士兵自觉让开道路供其冲锋。一声声闷响在耳边回荡，大地也为之颤抖，一股黑色的钢铁洪流正在冲向袁军，可谓是神挡杀神，佛挡杀佛，根本无一合之敌，所过之处尽是断臂残肢，血污溅满了士兵和战马的盔甲，在阳光的映照下，铁骑营一个个宛如杀神降世，望上一眼就觉得快要窒息了。
袁军大乱，袁绍慌忙中急令骑兵回援，同时令麴义率先登死士回防阻击，高顺没有紧随其后，而是调转枪头，继续向敌方抵抗强的地方冲击，势必将袁军的防御彻底撕裂。
然而，袁军没有想象中的抵挡住铁骑营的步伐，先登死士的强弩根本射不穿曹军的重甲，反而被杀得一败涂地，袁军骑兵更不用多说，铁骑营三骑一体，横冲直撞，袁军骑兵根本毫无招架之力，或被乱刀砍死，或被撞击而死，或被铁链绞杀，或被踩成肉泥，一时间兵无战心，将无战意，个个胆寒，四散奔逃。
袁绍看到大军的惨状，目眦欲裂，不断下令阻击，但是大势已去，一众谋士只能连忙劝阻袁绍鸣金收兵，否则势必全军覆没，袁绍肝胆欲碎，含恨下令撤军，这一撤，就成了曹军单方面的屠杀，跑得慢的要么跪地请降，要么惨死刀下。
袁军一路狂奔，逃回朝歌城中，曹军恨不得一口气追到城墙下，缴获战马、辎重无数。此战袁军损失极其惨重，十一万大军，回到朝歌的只有不到两万，战死四五万，投降三四万，余者溃散，粮草辎重全部丢失，袁绍得知后吐血一升，昏迷不醒，卧病在床。
几个谋士一商量，就以袁绍的名义下令班师冀州，回邺县。曹操得到消息后并没有下令追击，而是一路慢行，恢复河内的统治，曹军原本战死两三万，但经过降卒的补充后八万大军只损失了数千，最后，曹操将大军驻扎在荡阴，命曹仁、张辽、荀攸留守，率余众返回雒阳。