紹卻傲慢地拒絕了這一出奇製勝的建議，繼續與曹操相持。許攸見袁紹不采用他的意見，便星夜離開袁紹，投奔曹操。許攸是曹操的故友，受到曹操的熱情接待。許攸向曹操獻計說：“袁紹的糧草有一萬多車屯於烏巢，屯軍防備不嚴，如果以精兵襲擊，出其不意地燒掉他的糧草，不出三天，袁紹必敗。”許攸的建議，是曹操尋找戰機出奇製勝的一著，便立即實行。曹操教苟攸、賈詡、曹洪同許攸守大寨，令夏侯惇、夏侯淵領一軍伏於左，曹洪、李典領一軍伏於右，以備不測。教張遼、許褚在前，徐晃、於禁在後，曹操自引諸將居中，共五千人馬，打著袁軍的旗號，於黃昏時分，向烏巢進發。途中，曹軍詭稱是袁紹為鞏固後路調派的援軍，騙過了袁軍的盤問。到達烏巢後，立即放火燒糧。袁軍大亂，淳於瓊倉促應戰。袁紹得知這情況後，又做出了錯誤的決策。他認為這是攻下官渡的好機會，命令高覽、張邰等大將領兵去攻打曹軍大營。張邰指出這樣做很危險，如果烏巢有失，事情就不好辦了，主張先救烏巢。謀士郭圖迎合袁紹的意圖，堅決主張攻打曹營，認為攻打曹營使曹操引兵回救，烏巢之圍就會自解。袁紹便派少量軍隊救援烏巢，而以主力攻打官渡的曹營。由於曹操事前已作了防備，袁軍攻打不下。曹操得知袁紹進攻自己大本營的消息，並沒有馬上回救，而是奮力擊潰淳於瓊的軍隊，決心將袁紹集存在烏巢的糧食全部燒光。當袁紹增援的騎兵迫近烏巢，曹操並未馬上分兵，而集中兵力與敵軍殊死決戰，大破淳於瓊軍，殺了淳於瓊，將全部糧草燒毀。
烏巢燒糧以後，袁軍軍心動搖，內部矛盾加劇。主張攻打曹營的郭圖怕追究自己的責任，就在袁紹麵前進讒言，說張邰為袁軍失敗而高興。張邰受到中傷，既氣憤又害怕，便與高覽一起燒毀戰具，投降了曹操。這使袁紹軍心更加惶惑，軍隊不戰自亂。許攸又勸曹操作速進兵，張邰、高覽請為先鋒。曹操即令張邰、高覽領兵往劫袁紹大寨。當夜三更時分出軍三路劫寨，混戰到天明，袁紹軍折其大半。苟攸獻計：“今可揚言調撥人馬，一路取棗陽，玫鄴郡；一路取黎陽，斷袁兵歸路。袁紹聞之，必然驚惶，分兵拒我，我乘其兵動時擊之，可破袁紹。”曹操用其計，使三軍四處揚言。袁紹聞之大驚，急遣袁譚分兵五萬救鄴郡，辛明分兵五萬救黎陽，連夜起行。曹操探知袁紹兵動，便分大隊人馬，八路齊出，直衝紹營。袁軍俱無鬥誌，四散奔逃。袁紹披甲不迭，單衣幅巾上馬，幼子袁尚後隨。張遼、許褚、徐晃、於禁四將引軍追趕袁紹。紹急渡河，儘棄圖書車仗金帛，隻引八百騎而去，袁軍被殲八萬餘人。官渡之戰，以曹勝袁敗而結束。
