曹操看到运送粮草的士兵，安抚他们说：“再等十五天，我为你们打败袁绍，就不用再辛苦你们了。”袁绍的几千辆运粮车到达官渡。荀攸对曹操说：“袁绍的运粮车很快就会到，押运将领韩猛虽然勇猛，但轻敌冒进，我们出击一定能打败他！”曹操问：“派谁去合适呢？”荀攸说：“徐晃可以。”于是曹操派偏将、河东（今山西夏县西北 ）人徐晃（按照沈约《志》的记载，曹魏设置将军四十种名号，偏将军、裨将军排在最后。 ）和史涣去截击韩猛，把韩猛打得大败而逃，烧毁了他押运的粮草辎重。
冬季，十月，袁绍又派车辆运送粮草，让部将淳于琼等人率领一万多士兵护送，在距离袁绍大营四十里的地方宿营。沮授劝说袁绍：“可以派蒋奇另外率领一支军队在外面作为支援，防止曹操的军队来劫粮。”袁绍不听。
许攸说：“曹操兵力少，却把所有军队都调出来对抗我们，许县剩下的守军必然空虚。如果我们分兵派一支轻装部队，连夜奔袭许县，一定能攻克。攻克许县后，就可以迎接天子，然后讨伐曹操，曹操就会被我们擒获。就算不能攻克，也能让曹操首尾不能兼顾，疲于奔命，这样也一定能打败他。”袁绍不听，说：“我一定要先打败曹操。”恰逢许攸家里有人犯法，审配将其逮捕，许攸大怒，于是投奔曹操。（胡三省注：《考异》说：《魏志·武帝纪》记载：‘许攸贪婪，袁绍不能满足他的欲望，所以他来投奔曹操。’现在依从范《书·袁绍传》的记载。 ）
曹操听说许攸来了，连鞋子都没来得及穿就跑出去迎接，他拍着手笑着说：“子卿（许攸的字 ）远道而来，我的大事有希望了！”（也有人说：曹操称呼许攸的字说：‘子远，你来了，我的大事有希望了。’这样在文意上更通顺。 ）许攸入座后，问曹操：“袁氏的军队很强大，您打算怎么应对？现在还有多少粮草？”曹操说：“还能支撑一年。”许攸说：“不是这样，你说实话！”曹操又说：“能支撑半年。”许攸说：“您不想打败袁氏吗？为什么不说实话呢！”曹操说：“刚刚是和你开玩笑罢了。实际上只能支撑一个月，这可怎么办呢？”许攸说：“您孤军坚守，外面没有救援，而且粮食已经快吃完了，这是危急时刻。袁氏有一万多辆粮草辎重车，停放在故市、乌巢（根据《水经》记载，乌巢泽在陈留酸枣县东南 ），那里的守军防备不严，如果派轻装部队去袭击，出其不意，烧毁他们的粮草辎重，不出三天，袁氏就会自行溃败。”曹操非常高兴，于是留下曹洪、荀攸守卫大营，自己率领五千步兵和骑兵，都打着袁军的旗号，士兵口中衔着枚，把马嘴绑上，趁夜从小路出发，每人抱着一捆柴草。路上遇到有人询问，就回答说：“袁公担心曹操袭击后方的运粮部队，派我们来加强防备。”听到的人都信以为真，没有起疑。到达乌巢后，曹军包围了袁军的屯粮营地，放起大火，营中顿时大乱。天亮后，淳于琼等人看到曹操的军队人数不多，便出营列阵。曹操迅速发起攻击，淳于琼退回营中坚守，曹操继续进攻。
袁绍听说曹操攻打淳于琼，对儿子袁谭说：“就算曹操打败了淳于琼，我攻下他的大营，他也无处可归了！”于是他派部将高览、张合等人攻打曹操的大营。张合说：“曹公派去的都是精兵，一定会打败淳于琼等人，如果淳于琼等人战败，我们的大势就完了，请先去救援他们。”郭图却坚持要攻打曹操的大营。张合说：“曹公的大营坚固，攻打肯定无法攻克。如果淳于琼等人被擒，我们这些人都会成为俘虏！”袁绍只派了少量骑兵去救援淳于琼，却用重兵攻打曹操的大营，结果没能攻下。
袁绍的骑兵到达乌巢，曹操的左右随从有人说：“敌人的骑兵越来越近了，请分兵抵抗。”曹操大怒道：“等敌人到了背后再报告！”士兵们都拼死作战，最终大败袁军，斩杀了淳于琼等人，烧毁了所有的粮草，还杀了一千多名袁军士兵，并割下他们的鼻子，把所俘获的牛马也割掉嘴唇和舌头，以此展示给袁绍的军队看。袁绍的将士们看到后都惊恐万分。郭图为自己计策的失误感到羞愧，又在袁绍面前诋毁张合说：“张合看到军队失败，很高兴。”张合又气又怕，于是和高览一起烧毁攻城器械，前往曹操的大营投降。曹洪怀疑他们，不敢接受，荀攸说：“张合的计策不被采用，心中愤怒才来投奔，你有什么可怀疑的！”曹洪这才接受了他们的投降。
于是袁绍的军队大乱，全面溃败。袁绍和袁谭等人戴着头巾，骑着马（《傅子》记载：东汉末年，王公贵族大多不穿正式的官服，而以裹幅巾为时尚，所以袁绍、崔豹等人，虽然