袁绍开始调兵，向官渡进发。夏侯惇急忙发出书信求援。曹操集结七万兵马，前往迎战，留下荀彧守护许都。袁绍的军队准备出发时，田丰从监狱中上书劝谏说道：“现在应当静静守候以待天时，不要轻易动用大军，恐怕会有不利之处。”然而，逢纪却向袁绍诬告田丰说道：“主公兴的是仁义之师，田丰为什么说这种不吉利的话！”袁绍因此愤怒，想要斩杀田丰。众官劝阻才作罢，袁绍愤恨的说：“等我攻破了曹操，再治他的罪！”于是，袁绍继续催促军队前进，旌旗飘扬，刀剑如林。军队行至阳武，开始扎营布阵。沮授则劝说袁绍：“我们军队虽然人数众多，但勇猛程度不如曹军；曹军虽然精锐，但粮草远不如我们。等到曹军没有足够的粮食，又急于交战时对我们有利；我们有足够的粮草，应该采取缓守的策略。如果我们能拖延时间，曹军必定因粮草问题而不战自败。”然而，袁绍愤怒地回应道：“田丰已经让我失望，等我回去后必定斩了他。你怎么敢又如此建议？”袁绍怒斥左右：“将沮授拘禁在军中，等我打败曹操后，和田丰一块治罪！”随后，袁绍下令，调动七十万大军，分布在东西南北各地，布下了一个周围九十多里的大营。
探子探知了虚实，将消息传至官渡。曹军刚到达，听到此消息后，大家都感到害怕。曹操和他的谋士们开始商议对策。荀攸说道：“袁绍的军队虽然人数众多，但并不足为惧。我们军中都是精锐的士兵，每一个士兵的战力相当于十个敌人。但关键在于迅速决战。如果拖延时间，粮草就会不够，那时候就很危险了。”曹操听后说道：“你的意见正合我心意。”于是，他下令军队鼓噪进攻。袁绍的军队迎战，双方排好阵形。审配指挥一万弩手，伏在两翼；五千弓箭手隐藏在门旗内，准备在号炮响起时齐发。三通鼓声之后，袁绍穿着金盔金甲，锦袍玉带，立马于阵前。左右的将领如张郃、高览、韩猛、淳于琼等排成队列，严整有序。曹军阵前，曹操出马迎战。许褚、张辽、徐晃、李典等将领手持兵器，前后保护曹操。曹操用马鞭指着袁绍说道：“我在天子面前推荐你为大将军，今天你为什么要反叛？”袁绍愤怒地回应道：“你借着汉相的名号，实则是汉朝的叛贼！你罪恶弥天，比莽、卓还要严重，怎么反过来诬陷我造反？”曹操说道：“今天我奉命讨伐你！”袁绍则回应道：“我奉命讨伐贼寇！”曹操愤怒，命令张辽出战。张郃跃马迎战，两人激烈交锋了四五十回合，未分胜负。曹操看到后，心里暗自称奇。许褚挥刀纵马，冲出助战。高览接住许褚，两边的四位将领交战激烈。曹操命令夏侯惇和曹洪各带三千军队，一起冲击袁绍的阵营。审配见曹军来势汹汹，于是下令发号炮。两处事先埋伏的弩箭齐发，中军的弓箭手一齐拥出阵前，乱箭射向曹军。曹军无法抵挡，纷纷向南撤退。袁绍率军追杀，曹军大败，撤退到官渡。袁绍接着指挥军队逼近官渡下寨。审配建议道：“现在可以派出十万兵马守住官渡，指挥他们在曹军的营前筑起土山，让士兵在山上望曹军军寨中放箭。如果曹操放弃这里走了，我们就能控制这个隘口，进而攻破许昌。”袁绍采纳了建议，从各个寨子里选拔精壮士兵，用铁锹和担子搬运土堆，迅速开始在曹营前筑起土山。曹营内看到袁绍的军队堆砌土山，准备冲出去战斗，但被审配派去的弓弩手把守住了曹军的进路，曹军无法前进。在十天内，袁军成功堆起了五十多座土山，每座土山上都设有高橹，并安排弓弩手分拨在上面射箭。曹军非常惧怕，只能拿着挡箭牌防守。土山上的号角一响，箭雨如倾。曹军都用盾牌抵挡，伏在地上，而袁军在山上呐喊，发出阵阵笑声。
曹操看到军队慌乱，就召集了众多谋士商议对策。刘晔上前说道：“可以制造发石车来摧毁他们。”曹操命令刘晔设计发石车，并连夜造了数百辆发石车，分布在营墙内，正对着土山上的云梯。等袁军的弓箭手开始射箭时，曹营内的士兵齐齐拉动发石车，炮石飞空，乱打土山上的弓箭手。没有人能够躲避，许多弓箭手因此丧命。袁军把这些发石车称为“霹雳车”，从此不敢再登高射箭。审配又献出一个计策：让士兵们用铁锹悄悄地挖地道，直通到曹营内部，这支部队被称为“掘子军”。曹兵看到袁军在土山后挖掘土坑，立刻向曹操报告。曹操再次向刘晔请教如何应对。刘晔说道：“袁军不能从明面进攻，只能从暗道入侵，他们挖掘地下通道，试图从地底下渗透进我们的营地。”曹操问：“那我们该如何防御？”刘晔答道：“可以在营地周围挖一道长堑，这样袁军的地下通道就没用了。”曹操于是连夜命令士兵们挖堑。当袁军的掘子军挖到堑边时，果然无法继续前进，徒劳地浪费了大量军力。
曹操守卫着官渡，自八月开始，到了九月末，军力渐渐不足，粮草也开始短缺。他考虑是否放弃官渡，退回许昌，但迟迟没有做决定，于是写信派人前往许昌请教荀彧。荀彧收到信后，回信答复，信的内容大致是：“承蒙您的命令，我来决定进退的问题。我认为袁绍的军队已经聚集在官渡，准备与您决一胜负。您的军队在数量上远不如他，但您如果能忍耐住弱势，等待时机，再加上您的神武和明智，我相信一定能战胜他。虽然我们现在的军力相对较少，但还不至于像楚汉之争时，高祖在荥阳和成皋之间那样困境重重。您现在可以划定防线，牢牢把住袁绍的进路，不让他前进，等到他的情况逐渐恶化，必然会出现变局。这正是用奇计的时机，绝不可错过。请您慎重考虑。”曹操收到荀彧的回信后非常高兴，决定号召所有将士尽全力坚守阵地。
袁绍的军队退后约三十多里，曹操派遣将领出营巡逻。有一个叫史涣的徐晃部将，捉到了袁军的探子，并把探子带到徐晃面前。徐晃询问敌军的虚实，探子答道：“袁绍军的大将韩猛，早晚会带着粮草到前线接济我们。我们先是派人探路。”徐晃将这一情报报告给曹操。荀攸听后说道：“韩猛不过是匹夫之勇。如果派出一个人带着几千轻骑，绕到半路上去打击他们，切断他们的粮草供应，袁军必定会自乱阵脚。”曹操问：“谁能去做这件事？”荀攸回答：“派徐晃去就可以了。”曹操便命令徐晃带着史涣和他所指挥的部队出发，随后派张辽、许褚带兵前去支援。那天夜里，韩猛带着数千辆粮车前往袁绍的营地。在途中，徐晃和史涣带着军队截住了他们的去路。韩猛骑马过来迎战，徐晃接住并展开激烈厮杀。与此同时，史涣指挥部队杀散了粮夫，并放火烧毁了粮车。韩猛无法抵挡，赶紧回头撤退。徐晃加紧追击，烧毁了袁绍的辎重。袁绍军队看到西北方向突然起火，正惊疑不定时，败军赶来报告：“粮草被劫了！”袁绍急忙派遣张郃和高览前去截住大路，结果正遇到正在撤退的徐晃，刚要与他交战，而张辽和许褚的部队也从他们背后赶到了。两路兵马夹击，杀散了袁军，四名将领合兵一处，回到官渡寨中。曹操得知战报后大为高兴，立即给予将士们重赏，并且在寨前分兵布置了新的营寨，跟已有的营寨形成掎角之势，进一步加强了防守。
韩猛败军回到营地，袁绍大怒，准备斩杀韩猛。众官劝他免去斩杀之命。审配说：“行军最重要的就是粮草，必须时刻防范。乌巢是粮草储存之地，必须派重兵把守。”袁绍说道：“我已有了计策。你可以回邺都督促粮草，确保充足不缺。”审配领命离开。袁绍于是派大将淳于琼，带着眭元进、韩莒子、吕威璜、赵睿等人，带领两万兵马守卫乌巢。淳于琼性格刚烈，又好酒，军士们多怕他；他到达乌巢后，就和其他将领们整日饮酒。
与此同时，曹操军的粮草告急，他派使者急忙赶往许昌，命荀彧迅速准备粮草，并连夜运送到前线接济。使者带着书信出发，但行不到三十里，就被袁军捉住，绑了回去，见了谋士许攸。许攸，字子远，年轻时曾与曹操为朋友，而此时却在袁绍