曹操采取謀士荀彧的計策,做出要襲擊敵后的架勢,將袁紹軍調開后,自己率軍出擊白馬,徵信殺死顏良。等到袁紹聞訊追來時,曹操又沿途放置輜重,吸引袁紹軍搶奪,趁著他們陣型混亂的機會突然沖出來,又殺死了另一名袁軍大將文丑。
顏良和文丑先后被殺,讓袁紹軍震動不小。這一戰后曹軍屯駐官渡,與袁軍進入相持階段。到了八月,袁紹軍逼近官渡,軍營連結數十里,給曹軍造成很大壓力。在這種情況下,曹操采取徵信防御戰術,但由于糧食徵信儲備不足,處境越來越艱難。曹操也曾經想要退兵,但受到荀彧勸阻,決定還是留下來尋找新的戰機。
到了十月,這個機會終于來了。袁紹軍大將淳于瓊押送大量糧草,囤積在袁軍大營以北四十里的烏巢,謀士沮授勸袁紹增加烏巢的守備兵力,另一名謀士許攸也勸袁紹趁曹軍后方空虛之時攻打許昌,但袁紹都不聽從。許攸失望之余去投奔曹操,向他說明烏巢守備空虛的徵信情況,曹操立即決定親自率領五千精兵連夜前去偷襲,同時命令曹洪和荀彧堅守大營。
徵信 曹操率軍到達烏巢以后四面放火。袁軍看守糧草的大將淳于瓊是個愛喝酒的人,他當晚喝得醉醺醺的,根本沒料到曹操會來這一手,只好倉皇抵抗。袁紹接到烏巢糧草被燒的消息,覺得曹操一定帶了不少人馬去烏巢,大營的兵力一定不足,因而只派了很少的援軍去幫助淳于瓊,而錯誤地命令全軍攻打曹軍的陣地。結果曹軍根本不去防備援軍,集中力量攻打淳于瓊,淳于瓊抵擋不住,死在亂徵信軍之中。而這時曹軍大營拼死抵抗,袁紹大軍進攻遲徵信遲不能得手,而烏巢失守的消息卻很快傳來,在這決戰的關鍵時刻,袁軍的士兵頓時失去了斗志,開始四散潰逃。曹操抓住時機迅速指揮軍隊轉入反攻,袁軍兵敗如山倒,被殺的有七萬多人,其余大多被俘虜或逃散,袁紹最后只帶了七百多騎兵逃回河北老家。
官渡之戰,曹操的兵力不過一萬多人,糧草匱乏,卻在絕境中徵信堅守不退,主動創造戰機,戰勝了比自己強大十倍的袁紹,顯示出他非凡的軍事才能。當時曹操的處境非常緊張徵信,他手下有不少人都在和袁紹秘密商談投降,曹操戰勝袁紹后,來往的書信都被繳獲。將領們要求把那些人都抓起來,曹操卻說:“當時連我尚且不能自保,又何況這些人呢!”命人將書信一把火燒掉了。
官渡之戰后,河北的局勢已經基本被曹操控制,袁紹的兩個兒子袁尚、袁譚都是沒有什么抱負的人,遠遠不能和他們的父親相比,他們沒有能力抵擋曹操,相互又發生了內訌,袁譚被殺,袁尚逃往遼東。