固然曹操打败了袁绍的多次打击，但时候一久，粮草供应越来越困难，的确使曹操堕入一筹莫展的地步。曹操自知比起袁绍，他兵少粮缺，将士们东征西讨，南攻北伐也太颓废了，恐怕支撑不了多久，便成心撤兵回许都。他写信给荀彧，荀彧复书，借用了当初刘邦、项羽在荥阳、成皋相持的经历，申明现在袁、曹两军，谁先退谁的气势就会受挫。荀彧还表示极力筹措军粮，援助官渡。曹操从荀彧那边获得了信心，他一边死守官渡阵地，一边派马队四周侦察，寻觅出奇制胜的机会。
白马、延津与曹操的两次比武，袁军连连得胜，但从总的力量来看，袁军仍占上风。袁绍果断主张渡河同曹操的主力决斗，因为他自恃兵多，不顾沮授的再三劝止，亲率雄师度过黄河，进驻阳武，又涉过蒗荡渠，直逼官渡。官渡离许昌不到200里，是南北交通的咽喉。如果失掉官渡，那么许昌就落空了樊篱。是以，曹操尽尽力恪守官渡，与袁绍相持不下。日子久了，袁绍感到军粮供应困难，就想方设法尽早结束对峙局面。他号令兵士沿曹营阵地堆起土山，筑起瞭望楼，让弓箭手居高临下，寻觅机遇向曹营射箭。曹军死伤很多。不过，曹军很快就有了对策，他们制造了能够抛发石块的发石车，只要扳摇车上的构造，便能够把大石块远远抛出。发石车抛石时响声如雷，俗称“轰隆车”。袁军的望楼被打得倒坍倾斜，兵士也头破血流、鬼哭狼嚎。袁绍又想起了挖隧道灭公孙瓒的战术，就号令兵士偷挖隧道，直通曹营。曹操就在虎帐前抢挖了一条很深的沟，蓄满水，只要袁绍的隧道一挖到壕沟，水就灌入隧道，这又粉碎了袁绍的战略。
此次官渡之战，曹操用极少的兵力克服了拥兵数十万的袁绍，以强大的力量克服了强大的权势。曹军权势大增，乘胜追击，持续向袁绍占据的地区进军，不久就同一了北方，为今后呈现三国鼎立的局面奠定了根本。
乌巢这边火光冲天，不远处的袁营看得逼真。大将张郃劝袁绍当即援助淳于琼，同时堵截曹军退路，而袁绍在关头时候一错再错，听信谗言，置乌巢于不顾，让张郃、高览二将前去攻击曹军大营。张郃苦苦劝说：“曹操很会用兵。他既然派精兵去偷袭乌巢，那么官渡的守备也必然不会放松，还是先去援助淳于琼吧!”袁绍仍执迷不悟，张郃、高览只好勉强带兵解缆。袁军打击官渡，遭到曹洪守军的果断抵当，背后又遭到从乌巢回师官渡的曹军的狠恶进犯。张郃腹背受敌，抵挡不住，加上不满袁绍的虚假奸滑，就和高览一起投降了曹操。
不久，徐晃的部将探听到袁绍的大将韩猛从冀州运来军粮数千车，援助袁绍驻兵，即将达到。曹操就派徐晃率马队突袭，韩猛毫无防备，败北而逃，几千车粮食全数被烧光。
颠末周到策划后，一天夜里，曹操派曹洪等将军守营，以防袁军前来偷袭。本身和张辽、于禁、徐晃等，精选5000名步马队，打上袁军的灯号，悄悄分开了官渡，向乌巢进发。途中碰上袁军尖兵，张辽骗他们说：“我们是蒋奇的人马，是袁将军派来加强乌巢守备的。”并且不等袁军哨军靠近，张辽就走近一步，抬高了声音，装出奥秘的模样，说：“袁将军传闻曹操要来偷袭乌巢，就派我们赶来声援。”袁军尖兵一见旗上斗大的“袁”字，并且因乌巢就在袁军大营以后，如何也不会有仇敌来，便不再思疑，放他们畴昔了。拂晓之前，曹军到达了乌巢。而现在夜夜喝酒的淳于琼睡得正香，袁军还来不及穿衣，曹军就冲了出去。顷刻间，粮囤到处起火，浓烟滚滚，直冲云霄，淳于琼也被曹操大将乐进一刀给清算了，不久战役就结束了。