但曹操等人心生疑虑，犹豫不决。荀攸、贾诩认为是千载良机，劝曹操迅速出击。于是曹操便让曹洪留守大营，亲自带领所挑选的精锐士卒5000人，打着袁绍部队旗帜，悄无声息地趁夜沿小路前往淳于琼营寨发动袭击。士兵们每人都怀抱柴草，并事先约定:如遇到有人询问，就告诉他们:“袁绍担心曹操抄袭后路，派遣士兵增加防备力量。”问者信以为真。天明时分，曹军到达目的地，但已被淳于琼发现。淳于琼等人远远看见曹兵来到，但人数并不太多，于是便走出阵营迎敌。曹操迅速出击，淳于琼退保大营，曹操全力进攻，将粮草四面包围，并迅速放火烧毁。一时间，烟炎张天，袁军大乱。

袁绍得知淳于琼粮队被袭，急派骑兵救援。曹操部将看到敌人越来越多，便向曹操建议:“敌人骑兵越来越近了，应该将兵力分开抵抗。”曹操大怒说:“敌人已在你身后，还敢说话！”结果，所有士兵都殊死搏斗，英勇拼杀，最终大败淳于琼等，杀死袁军一千余人，督将眭元进、骑督韩莒子、吕威璜、赵叡等被斩首，将军淳于琼先被割鼻，后也被杀。曹操又一次取得重大胜利。

在曹操攻打淳于琼的时候，袁绍一面派骑兵救援，一面派张郃、高览进攻曹洪驻守的曹军大营，想阻断曹操后路，一举歼灭曹军。但张郃听到淳于琼失败的消息后，立即投降了曹操，袁军顿时大溃，袁绍及其儿子袁谭弃军逃走，渡过黄河而去，曹军追之不及，将袁军辎重、图书、珍宝尽数收入囊中，俘获大批俘虏。

战后，曹操给献帝上表说:“大将军邺侯袁绍曾与冀州牧韩馥拥立故大司马刘虞，刻制金玺。袁绍还写信给我说:‘可迁都鄄城，另有所立。’袁绍擅自铸造金银印，孝廉计吏都争相结附袁绍。袁绍堂弟济阴太守袁叙曾写信给袁绍说:‘如今天下衰败，天意应在我家，神灵有感，当在兄长。南面的兄长也想让你即位，南兄曾说:以年龄论则北兄年长，以地位论则北兄位重。于是便想着把国玺送给你，但遇到曹操阻断了道路。’袁绍几代受到国家重恩，却凶逆无道，才至于这样。所以我训练兵马，与袁绍在官渡决战，乘着圣朝的威望，才得以斩杀袁绍大将淳于琼等8个人，大败袁绍，共斩首7万余人，辎重财物以亿数计。袁绍与其子袁谭逃走。”

袁绍失败后，曹操从袁绍处收得众多书信，其中有一部分是来自于许昌军中，曹操说:“当袁绍极为强大的时候，我还难以自保呢，更不用说其他人了。”于是就把这些书信全都焚烧掉了。

官渡之战是中国历史上著名的以少胜多的军事战例，曹操以数千兵力，击败了十倍于己的袁绍部队，取得了辉煌战绩。这次战役也奠定了曹操军事家的历史地位。纵观这次战役，曹操取胜的主要原因有:

第一，曹操打着献帝旗号，以正义之师出兵，在政治上和民众心理上先胜一筹。更何况，曹操抓住了袁氏兄弟的把柄，狠狠的给予致命一击，彻底击毁了袁军势力。

第二，凭借顽强的毅力取胜。在双方连续几个月相持、身心都极为疲惫、粮草又即将用尽的时候，毅力就成了取胜的重要因素，甚至连曹操也感到坚持不下去了，写信给荀彧要撤军，在荀彧认真分析了形势的严重性之后，曹操才又坚持了下来。

第三，曹操采取了正确的战术。在确保与袁绍对峙的情况下，曹操不断找机会主动出击，打击敌人的有生力量。在曹操与袁绍官渡相持的几个月里，曹操抓住机会，多次派遣大将打击袁绍兵力，灵活机动，效果明显。

第四，双方斗智斗勇，曹操在智谋上远超袁绍。虽然袁绍兵力强大，但曹操沉着应对，将战线拉得和袁绍一样长远，以应对各种突发事件。当许攸来投奔时，曹操不知许攸是否真心，所以谎称粮草足够一年之用，然后又说半年。这些都是必要的防备。说明曹操在应对这种突发事件时的老练和成熟，同时这也是智慧的体现。此外，即便是对自己的士兵，曹操也充分利用智慧，当有人建议分兵阻挡袁军时，曹操看到了这种想法的危险性，因为已经没有时间再调兵遣将了，只有拼死搏斗，才会赢得胜利，而此时又没有时间讲道理，所以曹操就大喝一声说:“敌人就在背后！”这样使兵士们顿感危险就在身边，只有拼死作战才能活命。这种曹操惯用的心理战术，关键时候起到了关键作用。

第五，曹操准备充分。不打无准备之仗，是对每一位军人的基本要求。在偷袭乌巢的时候，曹军采取非常措施，避免士卒与马匹在行军途中发出任何声响。而且告诫每一位士卒，遇到别人询问时应该如何回答，这些充分的准备为胜利奠定了基础。

第六，曹操善于听取部下的建议。荀彧等人在关键时候往往能够提出良好的意见和决策，曹操总是认真听取。甚至是来自于敌方的建议，他也会认真分析并加以利用。相对的，袁绍则难以听信别人，当许攸告诉他应该分兵袭击许昌、奉迎献帝时，袁绍不以为然。但当许攸来告诉曹操应该火烧袁绍粮草的时候，曹操经过思考后立刻予以采纳。

官渡之战使曹操的政治地位迅速提高，军事实力迅速增强，从此之后，曹操加快了肃清北方军阀势力的步伐。