操知韩猛有勇无谋，乃派得力将领徐晃、史涣前往截击，把韩猛押送的粮谷全部烧掉。十月，袁绍大将淳于琼等率兵万余，押送大队粮车，停在离袁绍大营北面四十里的乌巢（今河南延津东南）。沮授为了确保这支运粮部队的安全，向绍建议派一支军队协助守卫，以防曹操再次抄袭。可是，袁绍认为没有必要。
这时，谋士许攸向绍献策：曹操兵少，其主力部队都集中在这里，许都防务必然空虚。可遣精骑前往偷袭，操失许都，进退狼狈，必然不能再战。绍不从，一定要先攻下操营。恰好这时许攸家人在邺犯法，被留守审配收治，攸既因此怀恨，又嫌绍无能，乃转而投奔曹操。据《三国志》卷1《武帝纪》注引《曹瞒传》曰：
公闻攸来，跣出迎之，抚掌笑曰：“子远，卿来，吾事济矣！”既入坐，谓公曰：“袁氏军盛，何以待之？今有几粮乎？”公曰：“尚可支一岁。”攸曰：“无是，更言之！”又曰：“可支半岁。”攸曰：“足下不欲破袁氏邪？何言之不实也！”公曰：“向言戏之耳。其实可一月，为之奈何？”攸曰：“公孤军独守，外无救援而粮谷已尽，此危急之日也。今袁氏辎重有万余乘，在故市、乌巢，屯军无严备；今以轻兵袭之，不意而至，燔其积聚，不过三日，袁氏自败也。”
以上即许攸给曹操献的乌巢劫粮之计，操与亲信商议，诸谋士对许攸的话半信半疑，只有荀攸、贾诩劝操采纳。于是操断然采取行动，留下曹洪和荀攸守住大营，亲自率领步骑五千，趁朦胧的月色，从小道直趋乌巢。操军打着袁军旗帜，每个士兵带上一捆干柴，嘴啣枚，马缚口，路上遇人盘问，答以袁公怕曹操抄袭我军后路，特地前往加强戒备。这样，顺利地到达了乌巢。曹军在袁军屯地周围点燃干柴，大火顿时燃烧起来。袁军从梦中惊醒，只见大火熊熊，喊杀之声，震耳欲聋，于是惊惶失措，乱作一团。至拂晓，淳于琼等见曹军兵少，又产生轻敌情绪，出营迎战，操不待其摆好阵势，即挥军急击，琼等抵挡不住，退回营中。
袁绍听说操往袭乌巢，并不赶紧派兵救援，还对其子谭说：“即使曹操攻破淳于琼等，我攻下其大营，他就无处措身了”。于是命高览、张郃等加紧攻营。张郃建言：“曹操兵精，往必破琼等；琼等破，则将军事去矣，宜急引兵救之。”可是袁绍只遣少量骑兵往救琼，而以全力进攻曹营。曹营坚固，屹立不动。
当操正激励士卒攻打淳于琼等的时候，传来了袁绍援军将到的消息，有人劝操分兵拒敌。操以为兵分势弱，后顶不住援军，前攻不下敌营，必致两头败衄，于是令士卒拼命进攻琼等，一举破之，除杀琼等外，还烧掉袁军全部存粮。及袁绍援军到来，乌巢已经失守，援军也就不战而溃了。
乌巢粮谷被烧的消息传到官渡，袁军登时土崩瓦解，张郃、高览烧毁攻具，率部降操，其他将士，也不再听从袁绍指挥，纷纷逃命。袁绍、袁谭父子率领仅存的八百骑兵渡过黄河，逃回冀州。袁军的辎重、图书、珍宝都成了曹操的战利品，来不及逃跑的袁军多向操投降。
经过这次战役，袁绍的主力部队基本被消灭，曹操的军事力量大大增强，为日后统一北方奠定了牢靠的军事基础。
三、曹操统一北方
wap.tcwap.co网。操将击之，凿平虏渠（由今河北省饶阳县至沧州市）、泉州渠（在今天津市宝坻、武清二县境）以通海。
建安十二年（207年）春，曹操准备击乌桓，诸将皆曰：“袁尚亡虏耳，夷狄贪而无亲，岂能为尚用？今深入征之，刘备必说刘表以袭许，万一为变，事不可悔。”郭嘉曰：“公虽威震天下，胡恃其远，必不设备，因其无备，猝然击之，可破灭也。且袁绍有恩于民夷，而尚兄弟生存，今四州之民，徒以威附，德施未加，舍而南征，尚因乌桓之资，招其死主之臣，胡人一动，民夷俱应，以生蹋顿之心，成觊觎之计，恐青、冀非己之有也。表坐谈客耳，自知才不足以御备，重任之则恐不能制，轻任之则备不为用，虽虚国远征，公无忧矣。”操从嘉议，率军北征，行抵易县，郭嘉献计：“兵贵神速，今千里袭人，辎重多，难以趋利，且彼闻之，必为备。不如留辎重，轻兵兼道，掩其不意。”操复从之。
七月，操军至无终（今天津市蓟县），时正当夏季多雨季节，滨海低洼，泞滞不通，乌桓遮守径要，军不得进。操患之，问路于右北平郡人田畴，畴曰：“此道夏秋每常有水，浅不通车马，深不载舟船，为难久矣。旧北平郡治在平冈，道出卢龙，达于柳城；自建武以来，陷坏断绝，垂二百载，而尚有微迳可从。今虏将以大军当由无终，不得进而退，懈弛无备。若嘿回军，从卢龙口（今河北平泉县南柳河口处），越白檀（今河北承德市西南古北口东北一百四十里滦河之滨）之险，出空虚之地，路近而便，掩其不备，蹋顿可不战而禽也。”操称善，乃引军还，而署大木表于水侧路旁曰：“方今夏暑，道路不通，且俟秋冬，乃复进军。”乌桓候骑见之，以为大军已退，故乌桓不复设备。
操令畴将其众为向导，上徐无山（在今河北玉田东北二十里），堑山堙谷，五百余里，经白檀，历平冈（今内蒙喀喇沁左翼），涉鲜卑庭，东指柳城（今辽宁兴城北），未到二百里，乌桓始觉之。尚、熙与蹋顿及辽西单于楼班、右北平单于能臣抵之等率数万骑迎战。