汉献帝建安五年（公元200年），曹操率军回到官渡，袁绍才开始计议进攻许都。
九月，曹操出兵与袁绍交战，没有取胜，又退回营垒，坚守不出。曹操兵少粮尽，士兵疲惫不堪，百姓无法交纳沉重的赋税，纷纷背叛而降附袁绍。曹操大为忧虑，给荀写信，说准备用退回许都的办法引诱袁军深入。荀回信说：“袁绍集中全部军队到官渡，打算与您一决胜负。您以最弱者抵抗最强者，如果不能制敌，就将为敌所制，这正是夺取天下的关键。而且，袁绍只是布衣中的英雄罢了，能把人才招集在自己身边，却不能任用。以您的神武明智，加上尊奉天子名正言顺，有谁能阻拦得住！您的军队只有袁绍军队的十分之一，但您坚守不动，扼住袁军的咽喉，使袁军无法前进，已长达半年。情势显现，已到终结，必将发生变化，这正是出奇制胜的时机，一定不能放弃。”曹操听从荀的劝告，于是坚守营垒，与袁绍相持。
十月，袁绍又派车辆运粮，让他的部将淳于琼率兵1万多人护送，留宿在袁绍大营的北面40里。沮授劝说袁绍：“可派蒋奇另外构成一个支队在运粮车队的外围，以防曹操来夺取。”袁绍不听从。许攸说：“曹操兵少而倾巢出动来对抗我，许都由剩余的少量部队驻守，防备一定空虚。如果分派轻装队伍，夜行偷袭，可以攻占许都。占领许都后，就奉迎天子来征讨曹操，曹操就会成为俘虏。如果一时攻不下，也可让曹操前后奔命，这样一定能够击败他。”袁绍不听从，说：“我一定要先捉住曹操。”
时逢许攸家里人犯法，审配将其逮捕，许攸愤怒，就去投奔曹操。
曹操听说许攸前来，还没来得及穿鞋，光着脚出来迎接他，拍手笑着说：“许子卿，你远道而来，我的大事可以成功了！”
入座以后，许攸对曹操说：“袁军势大，你有什么办法对付他？现在还有多少粮草？”曹操说：“还可以支持一年。”许攸说：“没有那么多，再说一次。”曹操又说：“可以支持半年。”许攸说：“您不想击破袁绍吗？为什么不说实话呢！”曹操说：“刚才只是开玩笑罢了，其实只可应付一个月，怎么办呢？”许攸说：“您孤军独守，外无救援，而粮草已尽，这是危急的关头。袁绍有1万多辆辎重车，在故市、乌巢，守军戒备不严密。如果派轻装部队袭击，出其不意，焚毁他们的粮草与军用物资，不出3天，袁绍大军就会自行溃散。”
曹操大喜，便留下曹洪、荀攸防守大营，亲自率领5000名步骑兵出击。军队一律用袁军的旗号，兵士嘴里衔着小木棍，把马嘴绑上，以防发出声音，夜里从小道出营，每人抱一捆柴草。经过的路上遇到有人盘问，就回答说：“袁公恐怕曹操袭击后方辎重，派兵去加强守备。”听的人信以为真，全都毫无戒备。到达乌巢后，围住袁军辎重，四面放火，袁军营中大乱。
袁绍听说曹操攻击淳于琼，就对他的儿子袁谭说：“即便曹操击退淳于琼，而我除掉他的军营，他就无处可归了！”于是派他的将领高览、张郃等攻击曹操的军营。张郃说：“曹操率精锐士兵前往，一定能击败淳于琼等。淳于琼失败，那大事就完了，请先去救淳于琼。”郭图坚决请求攻击曹操军营。张郃说：“曹公军营坚固，一定不能攻克。如果淳于琼被抓住，我们都将成为俘虏了。”袁绍只派轻骑救援淳于琼，而用重兵攻打曹操军营，结果失利。
袁绍的骑兵到了乌巢，曹操左右有人说：“袁贼的骑兵渐渐逼近，请分出部分兵力抵御他们。”曹操发怒道：“贼到了背后再告诉我！”士卒们都拼死力战，于是大破袁军，斩淳于琼等人，把他们的粮谷全部烧毁，又把1000多守粮士卒的鼻子割掉，牛马割下唇舌，给袁绍的军队看。袁军将士都非常惊恐。郭图因自己的计策失败而感到惭愧，又向袁绍谗毁张郃，说：“我军失败，张郃幸灾乐祸。”张郃又气愤又害怕，于是与高览焚烧了进攻的器具，到曹营投降。曹洪怀疑，不敢接受，荀攸说：“张郃的计策不被采用，一怒之下前来投奔，你有什么好怀疑的！”就接受了张郃等人的投降。
于是，袁军惊恐，全面崩溃。袁绍和袁谭等人头包幅巾，骑上马，率800骑兵渡过黄河。曹操没有追上他们，全部收缴了袁绍的辎重、图书、珍宝。其余投降的士卒，曹操把他们全部坑杀，前前后后共杀了7万多人。