當曹操在許昌擴充勢力，準備獨霸中原的時候，袁紹也占據了冀、青、幽、並四個州，積聚了雄厚的經濟力量和軍事力量，成為北方最強大的割據力量，隔黃河與曹操抗衡。為了爭奪中原地區的控製權，兩軍不久就展開了一場決定性的大戰——官渡（今河南中牟）之戰。
二牛耕地磚畫公元200年，袁紹親自率軍從鄴城（今河南安陽）出發，進攻許昌。那時，袁紹擁有軍隊數十萬，而且後方鞏固，兵精糧足；而曹操能用以抵抗袁紹的軍隊隻有一兩萬人，並且所占據的地方戰亂連綿，物資供應遠不豐富。但是，袁紹固執己見，不肯聽從別人意見，先後在白馬（今河南滑縣）、延津一帶被曹操打敗，損失了不少兵將。袁軍接連打了兩次敗仗，士氣非常低落。但袁紹自恃兵多，堅持率領大軍渡過黃河，直逼官渡，想同曹操的主力軍隊進行決戰。
官渡是南北交通的咽喉之地，距離許昌隻有100公裏。如果官渡失守，許昌就失去了屏障。因此，曹操初戰勝利後，就主動撤兵退守官渡，堅壁不出，等待時機，與袁紹軍隊相持了長達半年之久。
這時，袁紹帳下的謀士不和，相互攻擊。一個名叫許攸的人趁機投奔了曹操，告訴曹操袁紹剛剛在烏巢（今河南延津東南）囤積了1萬車的軍糧，並建議曹操出奇兵偷襲烏巢。曹操接受了這個建議。他率領了5000精銳騎兵，夜襲烏巢，放火燒掉了袁紹的軍糧。正在官渡前線的袁紹聽說烏巢被襲，嚇得目瞪口呆。袁軍軍心也發生動搖，內部開始混亂。袁軍的幾位大將見大勢已去，都投降了曹操。
袁紹還想將計就計，襲擊曹操大本營，切斷他的歸路。沒想到袁軍進到曹營時，卻受到曹軍的腹背夾擊，袁軍一下子損失了七八萬人。袁紹連吃敗仗，糧食被燒，眾叛親離，隻好帶著剩下的800騎兵，渡過黃河，向北逃竄。
官渡之戰，曹操以弱勝強，一舉消滅了袁紹的主力。他乘勝追擊，繼續向袁紹占領的地區進軍，很快就統一了北方。