挖地道，欲从地下袭击曹营，皆被曹操以设投石机、挖掘沟壑之法破解。

两军一攻一守，相持近二个月。

久战之下，曹操处境极为困难。

十月，袁绍从河北运来粮草万余车，派大将淳于琼等带万余人沿途护送，夜宿于离袁绍大营四十里的乌巢。

这时，袁绍谋士许攸因向袁绍献偷袭许都之计不成，且在河北的家眷犯法被抓，心生悔恨，而来投曹操，献计让曹操偷袭乌巢。

曹操大喜，跣足出迎。

之后亲率精锐步骑五千人，军队人衔枚，马勒口，打着袁军旗帜，乘夜从小路偷袭乌巢。

曹操军至乌巢，命四面放火，袁军大乱，淳于琼拒营死守。

袁绍闻知，急忙派兵救援。

曹操左右说：“贼骑稍近，请分兵拒之。”

曹操大怒说：“贼在背后，乃白！”

士卒都拼死力战，因此大破袁军，斩淳于琼等，尽燔其粮草，袁绍派遣的援兵也战败而走。

起初，袁绍听说曹操袭击乌巢时，令张合、高览率重兵围攻曹军营地。

由于曹军营地营垒坚固，乌巢先被攻破，张合、高览等人闻讯率部投曹，袁军溃散。

袁绍与其子袁谭弃军逃回黄河以北，曹军大获全胜，剩余的袁军假降，曹操将他们坑杀。

曹军前后斩首七万余级，尽获袁军辎重图书珍宝。

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曹操清点袁绍书信，得到自己部下勾结袁绍的信，尽烧之。

并说：“当袁绍强大时，孤尚且不能自保，何况众人呢！”

官渡之战后，冀州诸郡皆举城归顺曹操。

在客观上说，官渡之战中的曹操处于劣势，但由于他能正确分析客观条件，善于听取正确意见，所以能扬长避短，采用正确的战略战术，使战争向有利于自己的方面转化，经过自己主观上的努力，终于赢得了胜利。

此战之后，曹操击溃了最大的敌人袁绍，由他统一北方已是大势所趋。

建安六年（201年）四月，曹操扬兵于黄河边，击破袁绍在仓亭的驻军。

袁绍在官渡之败后，收合部队，平定了反叛的诸郡县。

九月，曹操回到许县，又南征在汝南的刘备、龚都，刘备投奔刘表，龚都等人皆逃散。

建安七年（202年）正月，曹操驻军谯县，又到达浚仪县，治理睢阳渠，又派使者祭祀已故的太尉桥玄。

然后，曹操进军官渡。

五月，袁绍病死，袁绍之子袁尚继位，袁谭屯兵黎阳。

九月，曹操亲自北征，大战于黎阳，袁谭、袁尚多次战败。

建安八年（203年）三月，曹操大破黎阳，袁谭、袁尚逃回邺城。

四月，曹操进军邺城。

五月，曹操引军退还，留贾信守黎阳。

不久后，曹操引兵向南，征讨刘表，袁谭、袁尚反目成仇，互相攻击。

袁谭不敌袁尚，败走平原，遣辛毗向曹操乞降求救。

当时，诸将都怀疑有诈，只有荀攸劝曹操答应袁谭。

曹操说：“我攻打吕布之时，刘表没有侵犯我方；官渡之战时，他又不肯帮助袁绍。这只是个自守的贼子，应该等到以后再来对付他。而袁谭、袁尚狡猾，我正应该趁北方混乱时发动攻击。就算袁谭挟诈，不肯真心屈服我军，但我击破袁尚，夺取他的地盘，对我军也更加有利。”

于是，再次北上，袁尚闻讯也退回邺城。

当时，袁尚部将吕旷、吕翔背叛袁尚，率众投降曹操，曹操封两人为列侯。

袁谭私自刻将军印绶，交给吕旷两人，吕旷把将军印送给曹操。