袁绍听探子报曹兵在烧乌巢粮草，急忙召集文武各官商议。
张郃说：“乌巢烧粮，曹操肯定会亲自领兵，我和高览领军两万，在路上突袭拦截，或许可以擒获曹操。”
“不妥，”郭图反对说，“曹操去乌巢，营寨空虚，我们应该袭击他的营寨，这是围魏救赵的良策。”
“曹操多谋略，外出哪里不会安排妥当？如果我们攻不下营寨，乌巢的粮草又烧了，我们形势危机！”张郃争辩说。
“曹操只顾去劫粮草，留兵在营寨不是分散兵力么？”郭图再三请求袁绍袭击曹操营寨。
最终，左右摇摆的袁绍采取折中办法，派张郃、高览领兵五千袭击曹操官渡营寨，郭图领军一万在后接应，蒋奇领兵一万救乌巢。
曹操杀散淳于琼军士，换上淳于琼士兵衣甲、军旗往偏僻山路返回，路遇蒋奇军马。此时天还没亮，蒋奇以为是乌巢败军，毫不防备，张辽突然杀出，蒋奇措手不及被斩杀。
张郃、高览赶到曹营门口，突然一声鼓响，左边夏侯惇、右边曹仁、中间曹洪一齐冲出，三路夹击，袁绍军大败，等郭图军接应时，曹操从乌巢返回又杀到，郭图见势不妙，抢先逃回。张郃、高览被曹操四路围困。
郭图因分析失误，怕张郃、高览回来后找袁绍对质，逃回营寨对袁绍诬陷说：
“张郃、高览投降曹操了。”
袁绍信以为真，大怒，不发救兵增援张郃、高览。
张郃、高览被围树林中，张郃听不到救兵音讯，心灰意冷，高喊：“奸贼误军。”拔剑要自刎，高览急忙拦住说：
“袁绍听信谗言，不是明主，早晚会被曹操擒获，我们不如投降曹操。”
于是两人丢掉兵器，解开盔甲，投降曹操。前次张辽和张郃相斗，曹操对张郃武艺就心生爱慕，见两人来投，大喜。封两人为偏将军
袁绍被烧了粮草，军中人心惶惶。许攸劝曹操乘胜进兵。曹操命夏侯惇、夏侯渊、曹洪、曹仁、张辽、许褚、徐晃、于禁，张郃、高览各领五千兵，分十路冲杀袁绍营寨。袁绍军中损失几员大将，士兵斗志全无，四处奔溃逃。袁绍在幼子袁尚护卫下仓皇渡河北逃。车马架仗、金帛疋缎、图籍文书丢弃满地，都被曹操缴获。曹操将金银财宝赏赐将士，荀攸从收缴图书中查出多批信件，都是曹操部下和袁绍暗中沟通的书信。荀攸建议按写信人名逐一核对捉拿。曹操却命令全部点火焚烧，并不过问（这种宽阔胸襟，一般人很难做到，这也是曹操人生能够成功的主要原因之一）。
田丰在狱中听袁绍兵败，痛哭流涕。监狱官不解，对田丰说：
“別驾（相当于副刺史的官职）应该高兴才是，主公当初不听你劝告，擅自出兵，现在真的失败，说明你的意见正确啊！”
“你不知道，我哭就是因为主公大败啊，我更哭我自己无能，没有劝阻主公出兵。”丰田捶胸顿足说道。
“那你也应该高兴，主公大败，回来就会赦免你了。”监狱官安慰说。
田丰反而笑了，说：“主公失败，我的死期也就不远了。”
“这是为什么？”监狱官奇怪了。
“主公好大喜功，死要面子。如果胜了反而会释放我、嘲弄我，如今失败，怎么好意思和我见面，所以我的死期也不远了。”田丰解释说。
监狱官不信，还要争辩，忽然使者捧剑，传袁绍命令，要取田丰首级。监狱官瞠目结舌。田丰坦然接剑，说：
“大丈夫生于天地间，不能找个好主人侍奉，是不智；主公的命令如果怀疑不接受，那是不忠。可恨，可恨！”
说完，横剑自刎。
袁绍官渡失败，逃回冀州，仍占据四州地盘，实力还在。袁绍有三个儿子，长子袁谭守青州，次子袁熙守幽州，后妻刘氏生幼子袁尚，袁尚长得形貌俊美，袁绍很喜欢，留在冀州身边。外甥高干守并州。
袁绍通知青、幽、并州派兵到冀州助战，还要和曹操一决高下。袁谭、袁熙、高干各领兵五万聚集冀州。到仓亭扎寨，曹操兵也到仓亭对峙。
袁绍、曹操各带部下出阵。袁尚想在父亲面前逞能，挥舞双刀纵马出阵，徐晃部将史涣挺枪出马，战不到三回合，袁尚拨马回走，史涣追赶，袁尚边跑边偷偷抽箭搭弓，反身一箭，正中史涣左眼，史涣坠马跌死。袁绍看儿子得胜，挥鞭一指大队人马蜂拥而上，曹操拔剑前挥，双方混战一起，直到鸣金收兵。各自回寨。
程昱向曹操献“十面埋伏”计策。曹操依计安排停当。
当晚三更，曹操亲自和许褚引兵到袁绍营中假装劫寨。混战一阵，曹操撤回，袁绍领五寨人马追击。曹操也不回寨，一路狂奔，快到一条河边时，曹操反身大叫：
“前无去路，后有追兵，大家还不拼死？”众人转身扑回，许褚一马当先，奋起神威，连斩十几位将领，袁绍军势被遏制。突然，一声鼓响，左边夏侯渊、右边高览领军杀到，两军一冲，袁绍军大乱，只得回撤。后面曹操反过来追赶。跑不到十里，又一声鼓响，左边乐进，右边于禁杀到，袁绍和三个儿子及外甥拼死冲开血路。袁绍军士尸横遍野，血流成河。逃了五六里，再一声鼓响，左边李典，右边徐晃杀到，袁绍父子肝胆俱裂，部将舍命抵抗，终于逃回营寨。
此时已到上午，袁绍军饥饿交加、筋疲力尽，刚进寨门，又一声鼓响，左边张辽，右边张郃领军冲寨。袁绍看营寨守不住，急忙上马，三子及外甥跟在后面急逃。出寨不到十里，又是一声鼓响，左边夏侯惇，右边曹洪挡住去路。袁绍军士人困马乏，狼狈不堪，见此情形都魂飞魄散。
袁绍大喊：“生死就在瞬间，大家冲啊！”奋力冲杀，终于逃出重围，袁熙、高干都受了箭伤。军马死伤干净。袁绍抱三子痛哭，口吐鲜血，叹息说：
“为父戎马一生，大战几十场，从来没有这样的失败。真是天要亡我袁绍啊！”
