曹解了白马之围后，迁徙白马的百姓沿黄河向西撤退，袁绍率军渡河追
击，军至延津南，派大将文丑继续率兵追击曹军。曹当时只有骑兵600，驻于南阪（在白马南）下，而袁军达五六千骑，尚有步兵在后跟进。曹令士卒解鞍放马，并故意将辎重丢弃道旁。袁军一见果然中计，纷纷争抢财物。曹突然发起攻击，终于击败袁军，杀了文丑（被徐晃斩杀，一说是被马蹄踩死，并不是关羽斩杀）顺利退回官渡。
袁军初战失利，但兵力仍占优势。七月，进军阳武（今河南中牟北）准备南下进攻许昌。
八月，袁军主力接近官渡，依沙堆立营，东西宽约数十里，曹也立营与袁军对峙。
九月，曹军一度出击，与袁军交战不利，退回营垒坚守。
袁绍构筑楼橹，堆土如山，用箭俯射曹营。曹军制作了一种抛石装置的霹雳车，发石击毁了袁军所筑的楼橹。袁军又掘地道进攻，曹军也在营内掘长堑相抵抗，粉碎了袁军的计策。双方相持3个月，曹外境困难，前方兵少粮缺，士卒疲乏，后方也不稳固，曹几乎失去坚守的信心。
一日见运粮士兵疲于奔命，于心不忍，不禁脱口而出，“却十五日为汝破绍，不复劳汝矣！”
曹写信给荀彧，商议要退守许都，荀彧回信说：“袁绍将主力集结于官渡，想要与公决胜负。公以至弱当至强，若不能制，必为所乘，这是决定天下大势的关键所在。当年楚、汉在荥阳、成皋之间，刘邦、项羽没有人肯先退一步，以为先退则势屈。现在公以一当十，扼守要冲而使袁绍不能前进，已经半年了。情势已然明朗，绝无回旋的余地，不久就会发生重大的转变。这正是出奇制胜的时机，千万不可坐失。”
于是曹决心继续坚守待机，同时加强防守，命负责后勤补给的任峻采取10路纵队为一部，缩短运输队的前后距离，并用复阵（两列阵）加强护卫，防止袁军袭击；另一方面积极寻求和捕捉战机，击败袁军，不久派曹仁、史涣截击、烧毁袁军数千辆粮车，增加了袁军的补给困难。
同年十月，袁绍又派车运粮，并令淳于琼率兵万人护送，屯积在袁军大营以北约20公里的故市（河南延津县内）、乌巢（今河南延津东南）恰在这时，袁绍谋士许攸投奔曹，建议曹轻兵奇袭乌巢，烧其辎重。曹立即付诸实行，留曹洪、荀攸守营垒，亲自率领步骑5000，冒用袁军旗号，人衔枚马缚口，各带柴草一束，利用夜暗走小路偷袭乌巢。到达后立即围攻放火。袁绍获知曹袭击乌巢後，一方面派轻骑救援，另一方面命令张郃、高览率重兵猛攻曹军大营。可曹营坚固，攻打不下。当曹军急攻乌巢淳于琼营时，袁绍增援的部队已经迫近。曹励士死战，大破袁军，杀淳于琼等，并将其粮草全数烧毁。张郃、高览闻得乌巢被破，于是投降曹，导致了军心动摇，内部分裂，大军崩溃。袁绍仓惶带800骑退回河北，曹军先后歼灭和坑杀袁军将近十万人，其余兵力全部收归旗下，这样曹的兵力迅速增长，一下子就达到了三十多万，军事实力猛增一大截，不过也正是因为兵力太多，现在的曹明显有些消化不良。
官渡之战，经过一年多的对峙，至此以曹的全面胜利而告结束。曹以十五万左右的兵力，出奇制胜，击破袁军三十万。
至于龙天，他肯定是没有兴趣看他们打一年丈什么都不做，他只不过是跟在他们身后，打打秋风，曹军前脚点燃那些粮草，龙天后脚跟上，将里面的粮草全部收进空间，留下一堆空壳在那烧得欢畅，劈里啪啦脆响。
这一年下来，龙天所收集的那些粮食让他自己都吓了一跳，三十万人一年的粮草大部分都被他给截获了，足足几千万斛，在他的手镯空间中堆积如山，这下徐州的兵粮可不用愁了。
除了粮草外，那些战马他也没放过，反正两军交战，打得正酣，那些马儿一匹匹减少也没人知道。袁绍带了整整一万战马，龙天独得五千，战死一千，跑掉千余，袁绍带回八百，最后落到曹手中的仅仅只有两千匹。
我们的老曹同志清点马匹时，心中直直纳闷，为什么马儿少了这多？
官渡之战，曹以弱胜强，写下了他人生中最辉煌的一页，袁绍回到北方，最终因兵败忧郁而死，曹乘机彻底击灭了袁氏军事集团，然后他又征服乌桓，至此，战乱多时的北方实现了统一。
官渡之战后，曹军活捉了沮授。沮授一直深得曹赏识，起初曹赦免沮授并且厚待他，但最后沮授因想要回到袁绍阵营而被曹杀害。
曹在袁绍大营发现许县及军中的某些人员，曾写信向袁绍表态效忠，他下令将信件全部焚毁，以示安抚反侧。
官渡之战是曹与袁绍争夺北方霸权的转折点。曹在战事初期处于劣势，当中全赖三人为曹扭转困局——刘晔、荀攸、许攸。
1.袁绍与曹在白马相持时，袁绍下令筑起箭塔，连日向曹营寨射箭，使曹军心动摇。其后，刘晔献上霹雳车之计，大破袁绍弓弩兵，使曹在官渡得到据守之地。
2.曹于黎阳与袁绍相持，本欲还兵再作打算，荀攸献计：“今兵少不敌，分其势乃可。公到延津，若将渡兵向其后者，绍必西应之，然后轻兵袭白马，掩其不备，颜良可擒也。”