次年二月，袁紹派遣郭圖、淳於瓊、顏良在白馬攻打東郡太守劉延，袁紹領兵到了黎陽，準備渡過黃河。夏季四月，曹操往北救援劉延，荀攸勸說曹操道：“如今我們兵力少不能抵擋，分散敵人的兵力才可以取勝。您到了延津，裝作準備渡過黃河向他們的後方進軍，袁紹必定往西迎戰您，然後派輕裝部隊襲擊白馬，趁他們沒有防備，就可以捉住顏良了。”曹操聽從了荀攸的計策。袁紹聽說曹軍渡過黃河，立即分出兵力往西迎戰曹軍。曹操就率領軍隊急行，直奔白馬，離白馬尚有十多裏．顏良大驚，前來迎戰。曹操派張遼、關羽做先鋒，先打敗了敵人，斬了顏良，終於解除了白馬之圍，遷徙白馬的百姓，循著黃河朝西走。袁紹在這時渡過黃河追擊曹操的部隊。追到延津的南麵，曹操指揮軍隊在西麵山坡下紮營，派人登上營壘望敵軍，報告說：“大約有五六百騎兵。”過了一會兒，又報告：“騎兵逐漸增多，步兵多得數不過來。”曹操說：“不用再報告了。”就下令讓騎兵禦下馬鞍放開馬匹。這時，白馬駐軍的輜（zī）重已經上路。各將領認為敵軍的騎兵多，不如回去守衛軍營。荀攸道：“這是用來引誘敵人上鉤的，為什麼要離開這兒呢？”袁紹的騎兵將領文醜和劉備帶領五六千騎兵先後來到。各將領又說：“可以上馬了。”曹操說：“可以了。”於是大家都上馬，當時騎兵不足六百人，就揮軍出擊，大敗敵軍，斬了文醜。顏良、文醜都是袁紹的有名將領，兩次交戰，都被擒殺，袁紹的軍隊大為震動，曹操回軍官渡。袁紹進軍保衛陽武。關羽逃回劉備那兒。
八月，袁紹連接營壘逐漸向前推進，靠著沙丘駐紮，從東到西連綿數十裏。曹操也分紮營壘跟敵方對抗，交戰不利。當時曹操兵力不足一萬人，傷員占十分二三。袁紹軍隊前進到官渡，堆土山挖地道。曹操也在營內堆土山挖地道，跟敵軍對抗。袁紹軍射箭入曹軍營中，箭下如雨，走動的都要用盾牌遮擋，大家非常害怕。這時曹操糧食少，給荀彧寫信，商議打算撤回許都。荀彧回信說：“袁紹全部人馬聚集在官渡，準備跟您決一勝負。您以最弱小的兵力對抗最強大的敵軍，如果不能製服他，必定被敵軍所追逐，這是天下的重大轉機啊。況且袁紹隻是一個一般的豪雄罷了，能夠聚集人才卻不能使用人才。憑借您的神武英明並且加上以天子之命討伐叛亂的正當名義，有什麼事而不能做成功呢？”曹公聽從了荀彧的意見。
袁紹數千輛運送穀物的車子到達，曹操采用荀攸的計策，派徐晃、史渙去截擊，大敗袁軍，全部燒毀了袁紹的運糧車。曹操跟袁紹相持了幾個月，雖然每次交戰都斬殺敵將，但是兵少糧盡，士兵疲乏。曹操對運糧的人說道：“再過十五天替你們打敗袁紹，不再讓你們勞苦了。”冬季十月，袁紹派車運糧，令淳於瓊等五個人帶領一萬多士兵護送車隊，露宿在袁紹軍營北麵四十裏的地方。袁紹的謀臣許攸貪婪無度，袁紹不能滿足他，就前來投奔曹操，借機勸說曹操攻打淳於瓊等人。曹操身邊的人懷疑他。荀攸、賈詡勸說曹操采納。曹操於是留下曹洪防守，自己帶領五千步兵和騎兵乘夜前往，恰在天亮時到達。淳於瓊等人望見曹操兵少，出去到營門外布陣。曹操急速攻擊淳於瓊，淳於瓊退守營房，於是就攻打淳於瓊的營房。袁紹派騎兵援救淳於瓊。曹操身邊的人有的說：“敵人的騎兵逐漸接近，請求分兵抵抗他們。”曹操發怒說：“敵人到背後才報告！”士兵都拚死作戰，大敗淳於瓊等人，把他們全斬了。袁紹剛聽到曹操攻打淳於瓊時，對大兒子袁譚說道：“趁他攻打淳於瓊等人，我去攻占他的軍營，他就沒有地方落腳了！”於是派張郃（hé）、高覽攻打曹洪。張郃等人聽到淳於瓊敗亡，就前來投降。袁紹軍隊大潰敗，袁紹和袁譚扔下軍隊逃跑，渡過了黃河。曹軍追趕上他們，全部繳獲了他們的輜重、圖表文書和珍寶，俘虜了他們的部眾。曹操繳獲袁紹的信件中，有許都和曹軍中的人和袁紹來往信件，曹操把它們全部燒掉了。冀州各郡很多城邑都自動投降了。
六年夏季四月，曹操在黃河邊檢閱軍隊，攻擊袁紹在倉亭的軍隊，把它打敗。袁紹回來，又收攏被打散的士兵，平定了各反叛的郡縣。九月，曹操回到許都。
袁紹自從軍隊被打敗之後，發病吐血，在夏季五月死去。小兒子袁尚接替他的官職，袁譚自稱車騎將軍，駐紮在黎陽。秋季九月，曹操征討他們，連續交戰，袁譚、袁尚屢次戰敗退卻，堅守黎陽。
遠證烏桓
三郡烏桓趁天下的動亂，攻下幽州，掠取漢民合計十餘萬戶。袁紹把他們的首領都立為單於，把族人的女孩子作為自己的女兒，嫁給他們做妻子。遼西單於蹋頓尤為強大，被袁紹所看重，所以袁尚兄弟投奔他，頻繁入塞造成災難，曹操準備征討他們。
十二年春季二月，曹操從淳於返回鄴城。丁酉日，下令道：“我發動義軍鏟平暴亂，到現在有十九年了，所征討的必定戰勝，難道是我個人的功勞嗎？這是有才能的士大夫們的力量啊。天下雖然尚未完全安定，我應當和有才能的士大夫們一起平定它。可是獨自享有那些功勞，我怎麼能夠心安理得心安理得：自認為事倩做得合乎情理，心中坦然無憾。呢？要趕緊評定功績、實行封賞。”於是廣泛地封賞二十多位功臣，都封為列侯，其餘的人各按功勞大小受封，並且免除死難者的子孫的徭役，封賞或輕或重各有差別。