九月，曹操向袁军发动进攻，但没有取胜，只好退回阵地坚守，等待时机。
但曹操的军粮一天天减少，士卒越来越疲乏，不能坐以待毙，只有寻找战机，主 动出击，迅速解决战斗。曹操得到情报，袁绍从河北运来1万多车粮食，囤积在 大营以北的故市，乌巢（均在今延津县内），并派大将淳于琼领1万精兵驻守。曹 操便亲率精锐部队5千人，打着袁军旗号，衔枚疾走，把马嘴也缚起来，出其不 意地包围了乌巢，放火烧掉粮草，并大破淳千琼军。
袁绍听说曹军进攻乌巢，便以为官渡空虚，认为是攻下官渡、歼灭曹军的好 机会。于是命令张瘦、高览率军进攻官渡。当他们听说乌巢粮草被烧，知大势已 去，便投降了曹操。曹操乘势出兵，袁绍只领着八百亲兵逃回黄河以北，不久， 袁绍抑郁成疾，吐血身亡。
袁绍死后，袁氏统治集团发生分裂，两个儿子一袁谭、袁尚各自拥兵自重i 互相攻伐。曹操及时利用他们兄弟间的矛盾，将他们各个击破：先与袁谭联手击 败袁尚，袁尚只身前往幽州，投奔次兄袁熙。曹操又挥戈北进，破袁谭千南皮 （今河北南皮境内），袁谭被杀。至此，冀、青二州全部落入曹操手中，袁熙部将 也起义投靠曹操。袁熙、袁尚见众叛亲离，只得逃往塞外，投奔乌丸，幽州也归 于曹操。
