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7月，汝南郡黄巾余党刘辟等人本已被曹操收服，现在却再度叛曹投袁，袁绍也派刘备率兵去汝南郡与刘辟一起骚扰曹操的后方。不但如此，袁绍还遣使去封阳安都尉李通为征南将军。但面对无论是袁绍还是刘表的招诱，李通的立场很坚定“袁绍虽强，终必为曹公所败。我至死不贰曹公”将袁绍的使者斩首，将袁绍封他的印绶上交曹操。
当时为满足官渡之战的军需，曹操对各州郡颁布新科，颇增严峻，尤其调绵绢方急。李通在汝南郡阳安县也加紧催收百姓的户调。朗陵县长赵俨特地来劝李通“如今刘辟并叛，唯有阳安不从贼。可你若这样做，不怕引起动乱吗”李通道“正因左右郡县皆叛，我若不能及时调送这些绵绢，必有人会在曹公面前进谗，说我持顾望之态”赵俨道“你说的也有道理。不过我却觉得还是该向曹公说明一下实际情况的好，不能这样盘剥百姓啊”于是赵俨就给荀彧写了一封信，曹操看到荀彧转交的这封信后，同时还听从了长广太守何夔的劝谏，便下令将已征调上来的绵绢全部还给百姓，由此上下欢喜，郡内遂安。李通也趁机平定瞿恭等起义军，复定淮、汝之地。
但刘备在汝南、颍川两郡之间煽动，许都以南的官吏百姓尽皆不安。这始终是一大隐患。曹仁便奉命率骑兵回击刘备，收复反叛的诸郡县而还。刘备被曹仁击败后，再次返回去见袁绍，说自己愿去荆州说服刘表与袁绍联合。袁绍便又给刘备补充了兵马，让他再去汝南郡。于是刘备又一次来到了汝南郡，这次他找到了另一黄巾余党首领龚都联合，有众数千人。并打败了曹操派来的将领蔡杨，杀死蔡杨本人。
沮授对袁绍建议“我军人数众多但勇猛不如曹军。不过曹军粮草没我军多。所以曹军利于急战，我军利于持久”但自从白马之战以来已对峙四个月之久，袁绍已有点失去了耐心。8月，袁绍下令拔营进军，逼近官渡。依沙塠为屯，东西数十里。曹操也不得不分营抵御。
9月1日，日食。汉献帝刘协下诏：三公举荐至孝之士2人；九卿、校尉、郡守、国相各举荐1人。
9月，曹军主动向袁军发动进攻，却失败，最终选择了还营固守。袁军在曹军外面筑起土山，上设高橹，派弓弩手登楼射箭，曹军将士大惊，急忙找来大楯遮蔽。曹操接受军中工匠的建议，制造霹雳投石车，向着袁军的土山猛烈轰击，吓得袁军不敢再登高放箭，改为挖地道。而曹军也针锋相对，在自家营内挖掘横向的长堑，于是两军在地下喜相逢…
如此相持下去，结果正如沮授所料，曹军的粮草开始不继，士卒疲乏。同时，后方百姓困于征赋，又再次掀起叛曹归袁的浪潮…面对困境，连曹操本人也打起了退堂鼓，他写信给留守许都的荀彧，说自己打算撤军回许县，以后再找机会与袁军决战。荀彧回信表示坚决反对，说如今两军对峙，正是比谁能坚持到底，取得胜利的决心。并说如今已相持了半年，正是战局必将有变的时候，不可坐失。曹操看完荀彧的信后，终于坚定决心不退。并亲自召见运粮官，对他道“你只需再运15天的粮，到时我一定能击破袁绍。15天后，我不会再给你加任务”
9月，袁绍派韩猛押运粮车数千乘到官渡。曹操采纳荀攸的建议，派徐晃、史涣二人前往拦截，杀败韩猛，烧毁袁军辎重。
10月，袁绍再派淳于琼等5名将领，率兵万余，运送粮车，驻扎在离袁军营帐以北40里的乌巢。沮授又来见袁绍“为防曹操偷袭，应再派蒋奇别领一军，以做淳于琼的呼应”但对第一谋士沮授的诸多合理化建议，袁绍的态度只有一个：不听。
这时，对官渡之战结局有重要影响的一个人终于登场了：袁绍手下谋士许攸来见袁绍，提出可趁机分遣轻骑偷袭防卫空虚的许都。但被袁绍拒绝“我当先取曹操”许攸还想再说，袁绍已不想听了“我听说你的家属在邺城犯法，已被审配收押。你还是个贪财之人，如此人品，还有脸来向我献计吗”说得许攸既惭且愤，出帐后就径奔曹营。
而这边，曹操一听说许攸来了，立即意识到这是天赐良机。连鞋也顾不上穿，跣足出迎，抚掌大笑“子远(许攸字子远)此来，大事济矣”两人入帐后坐定，许攸先开口问道“敢问公军中还有多少粮”曹操先后回答有一年、半年的粮。许攸冷笑道“看来你是不想破袁绍了。如此欺瞒于我，我也就告辞了”这下，曹操急忙拉住许攸，并说了实话“军中粮确实已不多了。最多只能吃一个月”许攸道“公孤军独守，内无粮草、外无救援，此诚危急之日。现在我教你一个转败为胜的方法：袁军有辎重万余乘，屯在故市、乌巢。守将淳于琼贪杯误事。你若率轻骑前往，出其不意焚烧其积聚，不出三日，袁军将自败”
曹操大喜，当即决定依计行事。诸将都觉得这是冒险，只有荀攸、贾诩二人极力赞同。曹操便留下曹洪、荀攸守营。自己亲率五千精锐，打着袁军旗帜，人衔枚、马缚口，趁夜走小道直奔乌巢。每人手中皆抱柴薪，就是要去放火的。路上碰到袁军士兵，就说“我等奉袁将军之命前来护粮”一路无险的来到乌巢。到了后立即放火，并制造混乱。这时天也渐渐亮了，在火光与日光下，淳于琼终于确定曹军来的人吗并不多，立即下令整顿队伍，出营交战。结果被曹操击败，淳于琼率败兵回营固守，等待袁绍给自己派来援军。
这时，袁绍也收到了乌巢被袭的消息，对长子袁谭道“那就用围魏救赵之计，即使曹操能打下乌巢，但他的老巢被我们攻占，看他还能到哪里去”命手下两员大将高览、张郃率兵前去攻打曹营。张郃道“曹操善于用兵，营内必有防备。不如先去救淳于琼。否则若曹营攻不下，乌巢反被曹军攻下，则大事去矣”但在郭图的一再建议下，袁绍还是决定只派轻骑去救淳于琼，而以重兵攻打操营。
当袁绍的轻骑赶到乌巢时，部下向曹操报告“援兵已到，请分兵拒之”曹操也不回头，怒道“等敌人到我背后了，你再来报告”命士卒拼死战斗，终于大破袁军，斩杀淳于琼、眭元进、韩莒子、吕威璜、赵睿等千余人，然后割下他们的鼻子、牛马割下脣舌。送去给袁绍看，以扰乱其军心。
而在另一边，张郃、高览也久攻曹营不下，只能收兵回营，再作计较。可郭图怕袁绍追究自己刚才坚持‘围魏救赵’而导致大败，便想祸水东引，向袁绍进谗道“张郃以败为喜，不肯效力。现已退兵”袁绍大怒，便欲将张郃、高览二人治罪。
但张、高二人先一步得到消息。走投无路之下，他们选择了去曹营投降。曹洪还疑不敢受。荀攸道“二将来降，必是真心。不用怀疑”乃受之。
官渡之战至此，袁军终于因惊扰而大溃。袁绍、袁谭父子幅巾乘马，只率八百骑，抛弃大军，渡河北逃。曹操追之不及，只来得及收取袁绍匆忙扔下的辎重、图书、珍宝。曹操还下令将投降的袁军尽数坑杀。官渡之战，袁军共伤亡七万余人。
袁绍的第一谋士沮授也被曹军所擒。曹操本与沮授旧识，道“袁绍不用你计，导致这场大败。今天下丧乱未定，何不与我共图大业”沮授道“叔父、母弟，都悬命于袁氏。我又岂能降你？你还是快杀了我吧”曹操叹道“我若能早得到你，天下都已平定了。我不会杀你，相反还要厚待你，希望你能回心转意”但沮授身在曹营心在袁，仍念念不忘要北归。有一次盗马欲逃，被抓住。曹操见沮授终不能为己用，这才下令将他处死，而将其厚葬。
官渡之战后，曹操缴获一大批许都朝廷及曹军将士与袁绍暗通往来的信件。手下人来问该如何处置？曹操这时展示出了极高的情商“当袁绍强盛之时，连孤都不能自保，而去拍过他的马屁。何况众人呢？都一把火给我烧了”
袁绍渡河，逃到黎阳县北岸的蒋义渠营中，握着蒋的手道“孤把性命交付给将军了”蒋义渠立马表忠心，将自己的大帐让给袁绍，有袁绍发号施令，召集败兵。
消息传回冀州，大家都在传如当初听了田丰的话，就不至于有如此惨败了。同时觉得袁绍这次战败而归，定会重用田丰了。然而田丰却对自己这个主公有更深刻的认识“此战若胜，主公心喜，或能赦我。现今战败，主公羞于见我，我就只有一死了”不过袁绍因战败而不想见田丰是实，但立心想杀田丰却是未必。田丰之死，还因另一个人的谗言：逄纪对袁绍道“田丰知道官渡战败，他拊手大笑。说果然不出自己所料”袁绍听了这句话才起了杀心“田丰竟敢笑我”遂下令将田丰杀死。
留守邺城的审配的两个儿子从军，皆为曹操所擒。孟岱、郭图，辛评纷纷来对袁绍说“审配在位专政，族大兵强。现其二子身在曹营，他必怀反心，不可不防”袁绍便打算以孟岱为监军，代审配去守鄴城。这时，与审配素来不睦的逄纪挺身而为审配讲话“审配天性烈直，常慕古人之节。愿主公勿疑。我与他先前所争者，乃私情也。今我所说者，国事也。主公切不可再伤了忠臣之心哪”袁绍最终决定：依然重用审配。而经此事，审配、逢纪二人也化敌为友，先后为袁氏而死。
10月，当初孙策任命的庐江太守李术想在这乱世之中浑水摸鱼，割据一方。他首先攻杀朝廷任命的扬州刺史严象。又招诱在江淮之间各聚众数万的梅乾、雷绪、陈兰等人。严象被杀后，曹操任命刘馥为扬州刺史。不过当时的扬州六郡，有五郡都在孙权手中，只有九江郡是奉许都朝廷号令的。刘馥便来到九江郡合肥县，建立州治。招怀梅乾、雷绪等人。数年之中，便恩化大行，流民归者以万数。于是广屯田，兴陂堨。官民有畜，乃聚诸生，立学校。又高为城垒，多积木石，以修战守之备。
本年，曹操官渡大胜，又听说孙策新亡，便欲乘机讨伐江东。这时，两年前被孙策所遣，到许都献贡而被曹操留在朝廷的侍御史张纮为报故主之恩，极力劝谏曹操应与孙权结好。于是曹操便封张纮为会稽东部都尉，前去册封孙权为讨虏将军、会稽太守。同时又将原豫章太守华歆召进自己府中，任议郎、参司空军事之职。张纮又一次回到江东，与张昭一起辅佐孙权。
孙策去世，鲁肃准备北还。周瑜急忙前来劝止。并将鲁肃推荐给孙权。两人一见如故。即便张昭说鲁肃此人年少粗疏，孙权反而对鲁肃愈加重待。孙权问“如今汉室倾危。我想像齐桓公、晋文公一样扶保汉室，你能辅佐我吗”鲁肃却答道“有曹操在，您恐怕做不了齐桓、晋文了。因天子是在曹操手里。现在汉室已不可复兴，曹操也不可卒除。为将军计，只有先保守江东以观天下的形势变化。若能剿灭黄祖、刘表，占据荆州甚至整条长江，那将是帝王之业”孙权哈哈一笑道“我世代汉臣，如今尽力江东，也是希望能辅佐汉室。你说的这帝王之业，我是不能考虑的”
功曹骆统劝孙权尊贤接士，招揽俊秀，聘求名士，以勤求损益。于是避乱江东的诸葛瑾被孙权封为长史，待若上宾。擅长军事与士卒操练的小将吕蒙被孙权任命为别部司马。有一次，孙权之母吴夫人曾问扬武都尉董袭“江东可自保吗”董袭答“江东之地有山川之固。讨逆将军(孙策)恩德在民。讨虏将军(孙权)继承其业，人人用命。张昭总领众事，袭等为爪牙。有此地利人和，还有什么可忧的呢”
但孙权的堂兄、庐陵太守孙辅却不这样看。他认为这个19岁的少年做不了乱世之中的江东之主，竟暗中派人去与曹操联络。此事为孙权所知后，孙权下令将孙辅左右亲近之人尽皆斩首，将其部曲分散，孙辅本人徙置东。