正是在关羽留宿曹营同年，三国历史上著名的官渡之战爆发，袁绍挑选精兵十万，战马万匹，企图南下消灭曹操的势力。官渡之战，最终的结果虽然以曹操奇袭袁军粮仓而大获全胜，继而击溃袁军主力，奠定了曹操统一中国北方的基础。但其实早期的战斗，却是曹操面对袁绍大将颜良等人围攻军事要地白马，局面相当被动。历史小说《三国演义》也曾描写道："吕布旧将宋宪、魏续相继请求与颜良单挑，都很快被杀。大将徐晃出马战颜良，大约二十合后便败走下来。"
危急时刻，曹操采纳谋士荀攸的声东击西、轻兵掩袭白马的作战方略。曹操佯装做出袭击袁军后方的姿态，诱使袁绍分兵救援。随后曹操又趁机引兵向白马疾进，并派张辽和关羽率军出击。大将颜良为"一夫之勇"，不善统兵，震惊之余率兵仓促迎战。经过一番激烈交战，关羽在张辽军队的掩护下，策马冲到颜良麾盖之下，于万军之中刺死颜良，并拔出腰间佩刀斩其首级而归。袁军见状军心溃散，诸将都不能阻挡关羽的进攻，遂解了"白马之围"。
可以说，"白马之战"是曹操与袁绍争锋的关键之战，这场战争的胜利，使曹操在战场上获得主动权，并为后来的官渡决战奠定坚实基础。鉴于关羽的重大功劳，曹操亲自上表汉献帝为其请功，关羽也因此被封为汉寿亭侯。《三国志·关羽传》记载："羽望见良麾盖，策马刺良於万众之中，斩其首还，绍诸将莫能当者，遂解白马围。曹公即表封羽为汉寿亭侯。"此战过后，关羽认为杀大将颜良帮了曹操的大忙，足以回报曹操的厚待，遂放弃了曹操的全部赏赐并留书出走，重归刘备。
