荀攸召來張郃、高覽，仔細囑咐：“眼下袁軍還不知道兩位將軍已經投降，你們速速率軍本部兵馬回攻袁紹大軍，必能夠殺他們個措手不及。我會立馬通知明公，請他不必回營，立刻調頭插入袁軍陽武營寨。你們前後夾擊，袁軍腹背受敵，必定大敗。我再通知曹仁、夏侯淵和朱靈大軍，東西夾攻，袁軍必能死無葬身之地！”
張郃欣然領兵，率軍回攻袁軍，袁軍果然大亂。袁紹氣急敗壞，怒罵不止。這時曹操率軍直奔陽武營寨殺來，袁紹更是氣得吐血。沮授急忙建言：“主公，速速退軍黃河渡口，遲則生變！”袁紹隻得率軍直奔黃河渡口奔去。不久夏侯淵、曹仁、朱靈、路招大軍紛紛發出進攻，東西夾攻，袁軍紛紛投降。曹操率領本部上千人馬直追袁紹，直追到渡口。慌亂之中，沮授馬慢，被曹軍俘獲。袁紹隻帶著八百多騎兵返回江北，狼狽至極。
這一戰曹操折損上萬人，俘虜兩萬大軍。原本還剩兩萬，加上張郃投降的一萬五千多人，實力不減反增。曹操命人押來沮授，大笑道：“如果袁紹肯聽田豐的話，勝負不可知啊！如果他肯采納監軍的計謀，恐怕我此刻就成了袁紹的階下囚嘍！”沮授大怒道：“主公聽信了奸佞小人郭圖的話，才有今日大敗。還有你跟前的無恥小人許攸，此人賣主求榮，早晚也會出賣了你。”許攸氣急怒罵，曹操虎背一涼，暗暗斜睨許攸。
曹操親自為沮授解綁，笑道：“監軍如果肯輔佐我，天下指日可定。那時我必定上奏朝廷，封監軍為鄉侯，如何？”沮授冷笑：“我不是許攸，我沮授寧死不降！”曹操無奈，隻能命人將沮授暫時關押起來。後來沮授多次出逃，終究被殺。
曹仁請示如何對待兩萬俘虜，曹操奸笑道：“你看我有那麼多糧食嗎？”曹仁立刻心領神會，“屬下明白，我立刻去辦。”後來高覽聽聞這件事，急忙來見曹操。噗通一聲跪倒帳外，聲淚俱下道：“主公，聽說你坑殺了兩萬袁軍，為什麼？他們已經繳械投降，為什麼還要大開殺戒？”張郃拉不住高覽，急忙前來求情：“高覽衝撞了主公，還望主公恕罪！”曹操背著手不屑望著高覽，一言不發。事後秘密吩咐許褚擒拿高覽，連同他的親兵一起處決。
第二日張郃覺察不妙，暗暗心驚。不料曹操派許褚傳令，封張郃為偏將軍，與徐晃相同。張郃這才稍稍安心，暗暗後悔，“如果袁公肯聽沮監軍和田別駕的話，何至於落到這個地步？高覽又豈會死得不明不白？唉……”
袁紹逃到江北，收羅散兵，還有一萬多兵馬，這時青州袁譚還有兩萬兵馬，也已經退到江北。沿江布防，仍然能擋住曹操大軍。討逆將軍崔巨業和威虜將軍蔣奇紛紛痛哭流涕，捶胸道：“如果田別駕在，絕不會如此慘敗！”
田豐在牢中聽聞袁紹官渡大敗，歎氣道：“我命不久矣！”後來逢紀進讒言，袁紹果然賜死了田豐。荀諶見袁紹忠奸不分，先錯信郭圖，又偏信逢紀，暗暗歎氣，辭去了官職，不再為袁紹效力。
接連失去沮授、田豐、荀諶三個謀主，加許攸這個謀士，袁紹核心力量大為削弱。軍中失去了顏良、文醜和淳於瓊三位主將，又喪失了張郃、高覽兩位大將，更是實力大損。一場南征，折損八萬人，袁紹軍力遭受重創。不過袁紹依舊占著冀青幽並四周，人口田畝並沒有減少多少，加上各地散兵，實力仍然強於曹操。