却说袁绍听使者陈震回来报说：“孙策已死，孙权继立，被曹操封为将军，作为外应，拒绝与河北结好。”
袁绍闻听大怒，遂调集冀、青、幽、并四州兵马再次进攻许都。
田丰在狱中闻知袁绍发兵，上书劝谏：“妄兴大兵，恐有不利。”
袁绍大怒，欲斩田丰，众人极力劝免。袁绍忿恨不已：“待破了曹操，明正其罪。”遂催军进发，真乃是旌旗遍野，刀剑如林。
建安五年（二零零年）七月，袁绍率十万兵马进军至阳武（今河南中牟北）扎营结寨。
沮授屡次建议不被采纳，又被分权，本欲称病不再谏言，但唯恐袁绍有失，忍不住又谏言说：“河北兵虽然人多势众，但勇猛不如河南兵；河南粮草、军资、财力却不如河北。速战速决利于河南，持久缓战利于河北。若旷以时日，缓战相持，采取持久缓进战术，消耗敌军实力，河南兵将不战自败。”
袁绍怒叱：“田丰慢我军心，凯旋回日必斩，尔还敢如此慢我军心，亦当同罪。”
袁绍不但不听沮授劝阻，还令人将沮授锁禁军中，声称等破曹操后，与田丰一同斩首，然后推军逼近官渡，在东西南北四周安营，连绵九十余里，令军士在曹操营寨边，构筑楼橹，堆土如山，上立高橹，分拨弓弩手在上边防守。
且说曹操闻夏侯惇发书告急，留荀彧守许都，亲自率军于八月至官渡，与袁绍对垒。
荀攸说：“河北虽然兵多将广，不足为虑。我军虽然在官渡军力不足四万，但都是精锐之士，足可以一当十。所虑者，粮草供应不济，若迁延日月，持久旷日，无利于战事，利在速战速决。”
曹操依言，于九月向袁军发起大举进击。
袁军一声号炮，土山高橹上弓弩手万箭齐发。
曹军抵挡不住，只得退回官渡坚守。
曹操见攻战不利，前方兵少粮缺，士卒疲乏，军心慌乱，便产生了退守许都之念，遂遣人持书至许都，征求荀彧意见。
荀彧回信说：“袁绍将主力集结官渡，想与公决一胜负。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，绝无回旋余地，不久就会发生重大转变。这正是出奇制胜大好时机，千万不可坐失。”
曹操看了荀彧回信，坚定了信心，决心继续坚守待机，聚众商议对策。
众谋士武将纷纷建言献策，曹操归纳整理，择善而从。
首先，采纳典农中郎将任俊建议，采取十路纵队为一部，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，确保军需供应。
嘱托中牟县令任峋，发动官渡周边百姓赶制军鞋、棉衣，以供士卒之需。
任峋立即召集各乡亭长，部署筹集粮草及其它军用物资，组织百姓支援前线。
其次，采纳刘晔“制作发石车破敌土山高橹阵”建议，曹操令按刘晔提供的古代发石车样式，连夜制作一乘发石车试射，发现射程短，威力不大。
刘晔又进言说：“扶风人马钧，字德衡，虽然出身贫寒，但在机械制造方面很有名气，可派人找来进行改进。”
曹操说：“用人岂论贵贱贫富？”遂遣人至扶风（今陕西兴平）将马钧召至军中。
马钧看了那乘发石车说：“这，这，这——咋，咋能，当，当——武器？”
众人看马钧是个口吃，听了半天，才知道说的是，像这样的武器，如果敌人在阵前挂上湿牛皮，就能挡住发石车抛出的石头。
有人将马钧所言报告曹操。
曹操亲自接见马钧，耐心听取了他对发石车的改进意见，即令人配合马钧改进制作新型发石车。
古时发石车就像一个大天平，一头挂着一个斗，里面可以装几斤乃至几十斤重的大石球；另一头挂着很多根绳，几十乃至几百名士兵拉着绳子，一齐用力把挂绳子的这一头拉下来，挂石头的那一头飞快翘起，石头被抛出去，借以打击敌人。
马钧发现，这种发石车不但用人多，花费时间长，抛出去的石头速度低，威力不大，敌人只需在阵前悬挂湿牛皮，就可以轻而易举地挡住石弹，而且只能间断性地单射，不能连射。
马钧在原来作战用发石车基础上，重新设计出了一种新式的攻城武器——轮转式发石车，利用一个木轮子，把石头挂在木轮上，装上机械，用人拉动，带动轮子飞快转动，就可以把大石头接连不断地发射出去，使敌方来不及防御。
经过两天两夜努力，一乘新式发石车制造出来，试验表明，可以连续把几十块砖瓦射出几百步远，不但增大了射程，可以连发连射，还节省了人力。
曹操大喜，急令连天加夜制造出数百乘轮转式发石车，对准土山云梯分布安装。
两军交锋，待土山上敌军放箭时，曹军一齐拽动发石车机械，石块飞空，射向敌阵，土山上人无躲处，弓弩手死伤无数，袁军号称其为“霹雳车”。
曹操见车战奏效，十分高兴。
袁绍见对阵出现一种威力凶猛的新式武器，使得军士不敢登高放箭，又采用审配计策，令士卒用铁锨暗挖地道，直通曹营，号为“掘子军”，意欲偷袭。
曹操闻报，知是袁军明攻不成，改为暗袭；地上不利，改为地下，便又采纳刘晔计策，绕营挖掘长堑，待袁军从地下而至，堑沟伏兵出击杀敌，粉碎袁军地道进攻计划。
袁绍见进攻计策屡屡受挫，欲进不能，欲撤不忍，便退三十里扎营。
曹操自七月出兵，八月至官渡，眼看就要进入十月，却不能克敌制胜，便按荀彧来信所言，令军士效力死守，积极寻求捕捉战机，以达速战速胜之目的。
这日，忽报从捕获一袁军细作获悉，袁绍派大将韩蒙运粮至军前接济。
曹操遂派遣徐晃带史涣引本部军马先出，张辽、许褚引兵接应，于半路截击，断其粮草。
是夜，韩蒙押送千辆粮车正行，却被徐晃、史涣与张辽、许褚率军前后夹击，大败韩蒙，尽烧粮食车辆及其辎重。
曹操重加赏劳，分军于寨前结营，为犄角之势。
袁绍见韩蒙失去军粮败军还营，令推出斩首，被众人劝免。
袁绍又派车运粮，并令大将淳于琼率兵万人护送。
沮授虽被禁军中，仍恐袁绍运粮有失，提建议说：“另外派遣蒋奇率领支援军队作为运粮军队外表掩护，以防止曹军抄掠。”
袁绍又不从：“吾筹划已定，休得多言。”却令审配回邺郡监督筹集粮草，休使缺乏。
审配素与许攸不合，嫉妒起才能，知与曹操有旧，至邺城后闻知许攸在冀州曾滥受民间财物，其子侄辈多课税，将钱财中饱私囊，已被入狱，便派人致书袁绍，书言：“许攸与曹操有旧，其子侄因贪图财物被下狱中。若许攸被曹操财物收买，为其奸细，祸患无穷。”
且说许攸，字子远，南阳人，年轻时与袁绍、曹操交好，中平元年（一八四年），与冀州刺史王芬、沛国周旌等连结豪杰谋废汉灵帝，改立合肥侯为帝，并试图劝说曹操一起参加，被曹操拒绝。
废立图谋失败后，王芬害怕自杀，许攸逃亡，后随袁绍从董卓处逃出，成为袁绍谋士，多次力劝袁绍与曹操联盟。
这次随军征伐曹操，心怀疑虑。
这日漫步，忽见袁军巡防军士绑束一曹军密使来见，当下搜得曹操向许都催粮密信，见曹操信中敦促荀彧：“前线粮尽，速筹措粮草，星夜解赴军前接济。”
许攸持信径见袁绍：“曹操兵少，而集中官渡全力来抵抗我军，许都防备一定空虚，如果派一支队伍轻装前进，连夜奔袭，许都可陷。占领许都后，就奉迎天子以讨曹操，必能捉住曹操。即使未能全部击溃，也能使其首尾不能兼顾，疲于奔命。今曹军粮草已尽，可乘此机会，两路出击。定可将其击败。”
袁绍却说：“曹操诡计多端，此信乃诱敌之计，不可中其圈套。吾定要先捉住曹操，后图许都。”
许攸说：“机不可失，今若不取，反受其害。”
正说话间，审配使者自邺郡至。
袁绍见书大怒，甩给许攸：“自己看看，尔子侄犯法已下狱中，此等滥行匹夫，还有何脸面在我面前献计？吾看尔意欲串通曹操，谋害我军。本当斩首，念尔一路跟我，权且寄头在项。可速退出，今后不许相见。”
许攸被喝叱出帐，仰天长叹：“不听忠言相告，不足与竖子为谋。”回至住处，想起子侄遭害入狱，还有何面目回见冀州父老，欲拔剑自刎。
随同亲信夺剑劝说：“公何至轻生至此？袁绍不纳忠言，后必为曹操所败。常言‘良禽择木而栖，良臣择主而事’，公既然与曹丞相有旧，何不弃暗投明？”
亲信三言两语点醒了许攸，随带亲信，乘夜以巡营为由，混出军营，径投曹寨，被曹军士兵捉获，自报姓名，说是故人有要事求见曹操。
曹操刚刚解衣休寝，闻听许攸私行至寨，来不及穿鞋，跌足出迎，抚掌欢笑，携手共入：“子远到来，大事可成！”再请许攸入座，伏地叩拜。
许攸连忙扶起：“公贵为汉相，吾是布衣，何至谦恭如此？”
曹操说：“子远是我故友，哪能以权位高低分上下！”