恰在这时，袁绍谋士许攸投奔曹操，建议曹操轻兵奇袭乌巢，烧其粮草。
曹操立即行动，留曹洪、荀攸守大营，亲自率领步骑五千，冒用袁军旗号，人衔枚马缚口，各带柴草一束，利用暗夜走小路偷袭乌巢。
到达后立即围攻放火。
袁绍获知曹操袭击乌巢后，一方面派轻骑救援，另一方面命令中郎将张郃、大将高览率重兵猛攻曹军大营。可曹营坚固，攻打不下。
当曹军急攻乌巢淳于琼营时，袁绍增援的部队已经迫近。
曹操死战，大破袁军，曹军骁将乐进斩杀淳于琼等，并将其粮草全数烧毁。
张郃、高览闻得乌巢被破，于是投降曹操，导致了军心动摇，内部分裂，大军崩溃。
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，也有说是八万人 。
官渡之战增强了曹操的实力，为曹操击溃袁绍，统一北方奠定了坚实的基础。
北方仅有曹操和袁绍势力较大，此战击溃了袁绍，北方就无人能和曹操抗衡。
官渡之战后，曹军活捉了沮授。沮授一直深得曹操赏识，起初曹操赦免沮授并且厚待他，但最后沮授因想要回到袁绍阵营而被曹操杀害。
曹操在袁绍大营发现许县及军中的某些人员，曾写信向袁绍表态，他下令将信件全部焚毁，以示安抚反侧。
官渡之战后，袁绍仅八百骑逃回北方，后悔不用田丰之言，但逢纪诋毁田丰，结果田丰被袁绍杀害。
冀州地区发生反袁的动乱，袁绍率军平定。