如此，兩軍對峙，相持數日，曹軍兵少糧缺，士卒疲乏。曹操曾想放棄官渡，退守許昌。謀士荀彧寫信勸說：“現在軍需供應雖然很少，但形勢還是沒有楚漢之爭時在滎陽、成皋作戰時嚴峻。那個時候劉邦、項羽都想首先退軍，先退的士氣定會減弱。曹公以袁紹十分之一的兵士，占據把守一地，扼製住敵方的咽喉要道使其不能夠出入，已經有半年的時間了。現在形勢將會出現轉折變化，這正是施展計謀的時機，不可以失去啊。”於是，曹操決心加強防守，苦撐危局，靜觀其變，以尋求戰機。
果然，袁軍內部不久後出現矛盾。謀士許攸給袁紹獻計，讓他趁許都空虛，派一隊人馬繞過官渡，偷襲許都。袁紹不聽，固執地說：“我應當首先把曹軍攻下！”偏巧，許攸家人犯法，已被收監。許攸聞訊，頓時大怒，連夜投奔了曹操。曹操剛脫了靴子想睡，聽說許攸來見，喜不自勝，跳足出迎。一見麵，曹操撫掌笑說：“你來了，我戰勝袁紹大有希望了。”
許攸向曹操提供了袁軍屯糧烏巢防備不嚴的情報，建議曹操出奇兵偷襲，燒其糧草。如果那樣做，“用不了三天的時間，袁紹必定會大敗”。曹操聞之甚喜，便馬上采取行動。他留曹洪、荀攸守大營，自己親率精銳步騎五千人，打著袁軍的旗幟，夜晚悄悄從小路趕到烏巢。半夜抵達後，曹軍圍住糧囤，四麵放火，把袁軍糧草燒為烏有。
糧草被燒的消息傳到前線，袁軍盡皆慌亂不堪，軍心大亂。大將張部、高覽臨陣倒戈，率部投降了曹操。曹軍乘勢猛攻，分線出擊，袁軍四處逃散。袁紹和他的兒子袁譚連盔甲都來不及穿戴，便率領八百騎兵倉皇逃到河北。
官渡戰敗後，袁紹勢力尚存，不料他本人卻對勝敗耿耿於懷，終於積鬱成疾，於建安七年（202年）嘔血而死。而實際上，袁氏集團仍有很強的實力。袁紹的小兒子袁尚占據鄴城，統領袁紹舊部，袁譚、袁熙等仍然控製著黃河以北的大部分地區。
（三）巧平袁氏兄弟
袁紹的幾個兒子不能同心協力，他們各自擴充實力。袁紹在世時，他們為了爭奪嗣位，各自擴充實力，培植黨羽，明爭暗鬥。袁紹死後，審配假傳袁紹遺命，奉袁尚嗣位，袁譚自然心有怨言。袁尚也很疑忌他大哥，撥給袁譚的兵力也就更少了。袁尚又讓逢紀跟從袁譚，名為輔佐，實則監視。袁譚屢次要求增兵，袁尚與審配都不予理睬。憤怒之下，袁譚便殺了逢紀，如此一來，袁氏兄弟之間的矛盾，便迅速尖銳激化起來。
官渡之戰後，曹操讓軍隊先休整了一段時日，然後利用袁尚、袁譚之間矛盾衝突加劇的有利時機，渡過黃河，北上征伐。建安七年（202年）九月，曹軍攻打屯兵黎陽的袁譚，袁譚無力抵抗，情急無奈，隻好向袁尚告急求援。袁尚欲分兵助兄，又怕袁譚借兵不還，如果坐視不救，又怕黎陽有失於己不利，隻好讓審配據守鄴城，自己親率大軍救援黎陽。次年二月，兩軍大戰於黎陽城下，結果，袁譚、袁尚、袁熙、高斡（袁紹外甥）全部大敗，放棄黎陽，退保鄴城。這時曹操已占據了冀州的重要門戶黎陽，為進一步消滅袁氏集團創造了有利的條件。
屢戰屢捷之下，曹軍諸將都想繼續乘勝追擊，一舉攻下鄴城。就在將士們躊躇滿誌之時，郭嘉卻出人意料地提出了一個全新的作戰方案，那就是停止繼續進攻，轉而南征劉表。將士們對這一策略都感到迷惑不解，為什麼不采取急攻策略，一舉攻下鄴城呢，免得以後夜長夢多，以防袁氏兄弟變得難以對付。
郭嘉跟隨曹操打敗了袁紹，在袁紹死後，又跟隨曹操到黎陽討伐袁譚、袁尚，接連幾次戰鬥都打了勝仗。就在將領們想乘勝追擊進攻袁氏兄弟時，郭嘉卻很有把握地解釋說：“袁紹生前疼愛這兩個兒子，而在死前又沒有立嫡子。袁氏兄弟有郭圖、逢紀二人作為謀臣，一定會互相爭鬥，互相周旋離間。若急速進攻，他們就會互相依恃；緩一緩之後，袁氏兄弟就會產生爭鬥之心。不如向南進軍荊州，裝出征討劉表的樣子，用以等待袁氏兄弟的變化，等到他們內部發生變亂後再進攻他們，便可以一舉平定冀州。”曹操對郭嘉提出的消滅二袁的謀略連連稱讚，於是曹軍轉而南征。當大軍來到西平時，袁譚、袁尚兩兄弟果然爭奪起冀州來了。