金旋当初兵发三路征伐曹操，曾经派人说服袁绍出兵袭击曹操后方。袁绍因为金旋、曹操势力均强，虽然答允出兵，但是按兵不动，坐山观虎斗。
曹操被金旋连续击败之后，损兵折将，袁绍此时落井下石，欲要出兵攻击曹操东线。袁绍召集众人，研究出兵战略，谋士许攸道：“曹操新败，势力已弱。金旋三路大军虎视眈眈，窥视下弁、弘农、下邳三郡。曹操惧怕金旋入侵，大军屯集中屯于下弁、长安、洛阳、弘农、下邳等郡，濮阳、许昌、徐州三郡防守空虚。主公可以三路大军同时出击，一路出北海，径取都阳，然后攻打徐州；一路出界桥，径攻濮阳；一路出邺城，下官渡，径取许昌。曹操必然首尾难顾，失败已成定局。”
许攸之言甚合袁绍心意，袁绍聚集诸将，分派军令。南路军以颜良为主将，高览为副将，田丰为军师，统领十万大军出北海，攻打徐州；中路军以袁尚为主将，张合为副将，审配为军师，统领十五万大军出界桥，攻取濮阳；袁绍自统大军二十万为北路军，出邺城，径取许昌。三路军约期攻打曹操，一起进发。
此时曹操畏惧金旋犯界，重兵皆屯于长安、下弁、下邳三郡。曹操在许昌闻知袁绍三路兵马同时出兵，召集众文武商议对策。郭嘉道：“袁绍有谋不断，其心多疑。可以施计离间其部下大将，将不用命，其军虽众亦不可惧。张辽文武众才，屯兵都阳，必可退去颜良一路兵马。张燕老将知兵，又使杨修相助，袁尚一路亦可拒之。”
曹操听从郭嘉之言，让张辽统领八万精兵屯于都阳，阻击颜良所部。张燕、杨修统领十万精兵驻守濮阳，抵挡袁尚所部。曹操起许昌、陈留、谯城三郡兵马十五万，以郭嘉为军师，屯兵于官渡，迎击袁绍部。
袁绍统兵到达官渡城下，两军交锋。曹操让典韦出战，袁绍大将文丑拍马出迎，两将交锋百余合，不分胜负。袁绍恃其兵众，挥军混战。曹兵因为兵少，抵挡约半个时辰，渐觉不支。
曹操心知此战关系重大，持刀拍马出阵，身先士卒，统领亲兵死战，曹军士兵见状，不由士气大振，攻势复苏，逐渐挽回颓势。战至天晚，各自鸣金收兵。
此战袁曹两军伤亡惨重，均损折士兵三万余人，官渡城内外哀声不断，城外尸横遍野。
曹操因为袁绍兵众，牢守官渡，不敢出城决战，间或出兵扰敌，或劫营，或劫粮。袁绍不胜其扰，派大将吕旷、吕翔各自统率三万精兵轮换巡防粮道。曹操让典韦统领万余轻骑劫粮扰敌，避开吕旷部下，只在吕翔巡防时袭击。
袁绍因为吕翔轮值之时，粮车屡屡被焚，怀疑吕翔通敌，让吕翔统领部下返回大营，派大将左贤王代行其职。曹操见袁绍换将，传命典韦统领部下入城。袁绍自此粮道通畅，因此更加怀疑吕翔。
曹操又使细作流言吕翔欲降，袁绍得报大怒，欲斩吕翔。许攸得到消息，连忙赶到帅帐，对袁绍说道：“吕翔乃河北大将，素来忠心耿耿，家小今俱在南皮，投降流言必为曹操离间之计。主公若是斩杀吕翔，其兄吕旷必会率领部下作乱，如此我大军必然势弱。”袁绍闻言顿悟，抚慰吕翔兄弟，以安两人之心，然而将帅之间自此心有芥蒂。
在官渡大战的同时，颜良南路大军进攻都阳甚急。曹将张辽因为颜良部兵势浩大，统领部下坚守不战。颜良无计可施，统军强攻几次，都阳不下，反而损折士兵若干。
两军相持日久，颜良与高览、田丰商议攻城之策。田丰道：“张辽文武双全，向为吕布左膀右臂，善于防守，若是张辽统兵只守不攻，我军兵势尽管强过彼军，也必然无功。不若设计引诱张辽出战，或可将其击败。”
颜良谋略有限，对田丰言听计从，次日吩咐诸将分头行动。张辽在都阳城内，闻知颜良大军调动，与手下众将到城头观察，见颜良、高览带领部下，绕路前往徐州方向，只留下少数兵马守营，对众将道：“看其动向，像是欲要攻击徐州，徐州防守空虚，恐怕寡不敌众。我等若是坐视不理，徐州一失，下邳、都阳退路已断。又担心其为诱敌之计，未知众位有何妙计？”
其子张虎在侧，道：“若是其为诱敌之计，其军必然行速缓慢，不若派人通知徐州，让城中守军注意防范，然后广派细作，探其行军速度，若是其行速甚快，我等可立即出城攻击其城外大营，然后火速救援徐州。若其行速甚慢，我军可佯攻其大营，彼军一旦回军，我军立即撤回城内。”
张辽采纳张虎之言，派遣快马速往徐州报信，分派细作前去打探消息，让张虎统领三万大军守城，自率精兵五万出城攻击颜良大营。
田丰统领两万士兵守营，闻知城中重兵出城，不由大喜过望，以为张辽已中其计，带领士兵严防大营，静候颜良、高览部回军，然后集兵攻打张辽部下。
颜良、高览得报张辽统兵出城，急忙统领部下返回。张辽欲要探知颜良真正用意，攻打大营不是很急，不断派人打探颜良、高览两军动向。张辽闻知颜良、高览正在全速回军，统领部下立即撤回城中。
颜良、高览回军赶回大寨，见张辽兵马早已退去，不由询问田丰，田丰道：“张辽机警，其攻打我营之时，一定探听到两位将军动向，闻你等撤兵回援，急忙退入城中。”
田丰此计未成，颜良无奈之下，统领重兵攻城几次，见张辽防守严密，大军迟迟没有进展，部下士兵不免生起疲惫之心。张辽瞅准时机，趁夜统领精兵出城劫营。颜良部没有防备，遇袭大乱，粮草辎重被焚毁无数，无奈下只好统兵退回北海。
袁尚统领中路军攻打濮阳，守将张燕老成持重，施骄敌之计，接连诈败。袁尚连胜几场，不免有些忘乎所以。此日，袁尚统兵又到城下挑战，被张燕部将诈败引诱，大军在后追击，诸军未免有些脱节。张燕设伏兵于半途，重兵攻击袁尚前军，袁尚初接战之时，尚不以为意，等张燕部露出本来实力，不由大惊失色，待要整兵接战之时，前军已被冲溃。一场大战下来，袁尚部大败，折兵万余，不敢再战，引军退回界桥。
袁绍见官渡防守严密，无机可乘，又被曹操接连劫去粮草若干，后方粮草不济，闻报颜良、袁尚两路兵马无功而返，下令大军撤回，在邺城整顿兵马，筹集粮草，伺机再行出兵。