東漢末年，奸佞橫行，皇權衰落，在黃巾起義爆發後，各地州郡大吏在平亂過程中逐漸獨攬軍政大權，地主豪強也紛紛組織“部曲”（私人武裝），佔據地盤， 形成大大小小的割據勢力，對漢朝中央形成巨大威脅。在這些割據勢力的連年征戰中，袁紹、曹操兩大集團逐步壯大起來。
建安元年（196年），曹操迎獻帝，遷都許縣，自始挾天子以令諸侯（“奉天子而徵四方”），威勢大增。他先後擊敗呂布、袁術，佔據了兗州、徐州以及部分豫州、司隸。建安四年（199年），袁紹最終戰勝公孫瓚，據幽州、冀州、青州、幷州，盡有河北之地，意欲南向以爭天下。
這樣，華北最重要的兩個政治軍事集團，決戰勢所難免。起初形勢袁強曹弱。袁紹已無後顧之憂，地廣人眾，可動員的兵力在十萬以上。
袁紹在平定河北各割據勢力之後，統一天下的野心愈加膨脹，面對中原曹操勢力逐漸北擴，袁紹意識到必須趁著曹操勢力尚不及自己之時主動進攻，消滅這個心腹大患，為自己的統一大業鋪平道路。因此，建安四年（199年）六月，袁紹挑選精兵十萬，號50萬，戰馬萬匹，企圖南下進攻許都，官渡之戰的序幕由此拉開。
袁紹舉兵南下的消息傳到許都，曹操部將多認為袁軍強大不可敵，滿朝文武也是人心惶惶，且有多數官員秘密向袁紹遞交降書。但是曹操根據自己多年來對袁紹的瞭解卻認為此次袁紹來襲並不可怕，袁紹為人志大才疏，膽略不足，刻薄寡恩，剛愎自用，兵多而指揮不明，將驕而政令不一，於是決定集結手中的2萬精兵對抗袁紹的進攻。
曹操、袁紹雙方參戰將領
公元199年八月，曹操把部隊推進到黎陽（今河南浚縣東南），並且先後作了以下的戰略部署：
（一）派臧霸帶領精兵進入青州，用來牽制袁軍，同時鞏固自己的右側，防止袁軍從東面襲擊許都。
（二）派于禁帶領步騎兵兩千人屯守延津（今河南延津北），同白馬（今河南滑縣東北）太守劉延共同防止袁紹的正面進攻。
（三）曹操率軍進駐黎陽（今河南浚縣東，黃河北岸），在官渡（今河南中牟東北）佈置防線，作為阻擋袁軍的主要陣地。
（四）派人鎮撫關中，拉攏涼州馬氏，以穩定翼側。
那麼此次大戰為何曹操將戰場選擇在官渡這個地方呢? 官渡地處鴻溝上游，瀕臨汴水。鴻溝運河西連虎牢、鞏、洛要隘，東下淮泗，為許都北、東之屏障，是袁紹奪取許都的要津和必爭之地。加上官渡靠近許都，後勤補給也較袁軍方便。
十二月，當曹操正部署對袁紹作戰時，劉備起兵反曹，佔領下邳，屯據沛縣（今江蘇沛縣）。劉備軍增至數萬人，並與袁紹聯繫，打算合力攻曹。曹操為保持許昌與青、兗二州的聯繫，避免兩面作戰，於次年二月親自率精兵東擊劉備，迅速佔領沛縣，轉而進攻下邳，迫降關羽。劉備全軍潰敗，隻身逃往河北投奔袁紹。當曹、劉作戰正酣之時，袁紹謀士田豐建議袁紹“舉軍而襲其後”，但袁紹以幼子有病為辭拒絕採納，致使曹操從容擊敗劉備回軍官渡。
一、戰役前期：白馬、延津之戰
建安五年（200年）正月，袁紹派陳琳書寫《討賊檄文》，昭示天下。二月率軍進逼黎陽，企圖渡河尋求與曹軍主力決戰。他首先派顏良進攻白馬的東郡太守劉延，企圖奪取黃河南岸要點，以保障主力渡河。四月，曹操為爭取主動，求得初戰的勝利，親自率兵北上解救白馬之圍。曹操見袁軍圍城勢大，遂採用謀士荀攸的建議，決意聲東擊西，先率軍至延津，偽裝渡河攻擊袁軍，調動了袁軍向西分兵防禦；曹操見袁軍中計，派張遼、關羽為前鋒，自己親率輕騎，急趨白馬。白馬圍城的袁軍猝不及防，被曹軍一戰擊潰，大將顏良也被關羽突然衝進軍陣斬首。
白馬之圍解除後，曹操引軍沿黃河向西撤退，袁紹損失一員大將，氣急敗壞，命大將文丑渡河追擊，在南阪（在白馬南）追上曹軍，此時曹操身邊只有六百精騎，而袁軍足有六千之眾，後面還有步軍在跟進。情勢緊急，曹操令士卒解鞍放馬，並故意將輜重丟棄道旁。袁軍一見果然中計，紛紛爭搶財物。曹操突然發起攻擊，終於擊敗袁軍，殺了文丑（文丑為亂軍所殺，並不是關羽斬殺），順利退回官渡。顏良、文丑都是河北名將，卻被一戰而斬，袁紹軍隊的銳氣被嚴重挫傷；曹操方面在相當程度上改變了被動地位，奠定了全局勝利的初步基礎。
二、相持階段
經過白馬、延津兩仗以後，袁軍雖然初戰失利，但兵力仍佔優勢。七月，進軍陽武（今河南中牟北），準備南下進攻許昌。八月，袁軍主力接近官渡，袁紹見一時難以速勝曹軍，便準備待曹軍糧盡再行進攻，於是下令全軍依沙堆立營，東西寬約數十里。曹操也針鋒相對，立營與袁軍對峙。九月，曹操逐漸感到後勤補給開始緊張，遂派軍出擊，但與袁軍交戰不利，只得退回營壘繼續堅守 。雙方都不主動出擊，隔著防線開始你來我往的各種遠程攻擊，袁軍修築高樓射箭攻擊，曹軍就“炮車”投石攻擊袁軍高樓；袁軍暗鑿地道，曹軍就挖長溝防禦；雙方就在這樣的見招拆招在官渡相持了三個多月。
此時，曹操方面的軍隊數量既少，軍糧也不充足。在這種不利的處境下，曹操統治區內的很多軍民都對戰爭前途有懷疑，有些郡縣甚至叛變了。曹操也很憂慮，他曾經寫信同留守許都的荀彧商量，打算退守許都。荀彧給曹操寫回信，向他分析戰爭的前途。信裡說明，當前是戰敗袁紹、取得最後勝利的重要關頭；曹軍糧食雖然不足，但是還不至於毫無辦法，只要堅持下去，戰局一定會很快發生變化。他勸曹操要努力爭取最後勝利，千萬不要退兵，失卻機會。曹操認為荀彧的見解很正確，就堅定了同袁紹周旋到底的決心。同時曹操命令全軍加強防守，特命負責後勤補給的任峻採取十路縱隊為一部，縮短運輸隊的前後距離，並用復陣（兩列陣），加強護衛，防止袁軍襲擊；另一方面積極尋求和捕捉戰機，擊敗袁軍，不久派曹仁、史渙截擊、燒燬袁軍數千輛糧車，增加了袁軍的補給困難。
三、奇襲決勝
十月，袁紹又派車運糧，並令淳于瓊率兵萬人護送，屯積在袁軍大營以北約20公里的故市（河南延津縣內）、烏巢（今河南延津東南）。恰在這時，袁紹帳下謀士許攸因不滿袁紹治罪自己的家人，一怒之下投奔曹操，將袁紹的軍情和盤托出，並建議曹操輕兵奇襲袁軍補給重地烏巢，燒其輜重，袁軍必然大亂，再率軍突擊必然一戰而克袁軍。
曹操聞言大喜，覺得天賜良機，遂立即付諸實行，留曹洪、荀攸堅守營壘，親率步騎五千，冒用袁軍旗號，人銜枚馬縛口，各帶柴草一束，利用夜暗走小路奔向烏巢。曹軍到達烏巢後，放火燒營，防守袁軍此時剛從夢中驚醒，慌作一團，待天亮後，守將淳于瓊發現曹操兵馬並不多，就把軍隊調出營門，攻擊曹軍。結果，被曹軍打得大敗，淳于瓊只得退守營屯。
袁紹接到烏巢被襲擊的消息後，表現出了少有的高光時刻，他一面派精銳騎兵急速馳援烏巢；一面命令部將張郃、高覽率主力猛攻曹軍大營。曹營堅固，攻打不下。當曹軍急攻烏巢淳于瓊營時，袁紹增援的部隊已經迫近。曹操激勵將士死戰，大破袁軍，殺淳于瓊等，並將其糧草全數燒燬。張郃、高覽聞得烏巢被破，於是投降曹操，導致了軍心動搖，內部分裂，大軍崩潰 ，袁紹倉惶帶八百騎兵退回河北，
官渡之戰，經過一年多的對峙，至此以曹操的全面勝利而告結束。曹操以兩萬左右的兵力，出奇制勝，擊破袁軍十萬。這個戰例成為中國歷史上以弱勝強，以少勝多的典型戰例。曹操以其非凡的才智和勇氣，寫下了他軍事生涯最輝煌的一頁。建安七年（202年），袁紹因兵敗憂鬱而死，曹操乘機徹底擊滅了袁氏軍事集團，建安十二年（207年），曹操又征服烏桓，至此，戰亂多時的北方實現了統一。
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