张合不同意郭图的观点，他认为曹操多谋，外出必有内备，以防不测。如果现在攻击曹操的营寨却无法攻破，而淳于琼等人又被擒获，我们都将会被俘虏。郭图坚持自己的意见，主张劫取曹营。袁绍最终听从郭图的建议，派遣张合和高览率领五千兵士前往官渡袭击曹营，同时派遣蒋奇领一万兵马前往救援乌巢。

曹操则利用淳于琼的军队装扮成淳于琼的部队，伪装成败军回寨的样子。在一条山僻小路上，恰好遇到蒋奇的军队。蒋奇的军队询问情况，假扮的曹军称自己是乌巢败军，正要回寨。蒋奇并未怀疑，驱马径过。此时，张辽和许褚突然出现，大喝道：“蒋奇，休想逃走！”蒋奇措手不及，被张辽斩于马下，蒋奇的军队也被击溃。曹操还派人提前传报，声称蒋奇已经自杀散乌巢的军队。袁绍因为没有再派人接应乌巢，只是增兵前往官渡。

张合和高览攻击曹营时，夏侯惇、曹仁和曹洪三方同时冲出，袁军大败。当援军赶到时，曹操已经从背后杀来，四面围住袁军，展开全面的攻击。张邰和高览设法突围，成功逃脱。袁绍收到乌巢残败的军马归寨，看到淳于琼被割去耳鼻，手足尽断，他问道：“为何失去了乌巢？”败军告诉袁绍，淳于琼因为醉卧而无法抵抗。袁绍勃然大怒，立即将淳于琼斩首。

郭图担心张合和高览回寨后将证明自己的清白，先于袁绍前污蔑他们。他对袁绍说：“张合和高览见主公军败，心中一定会感到喜悦。”袁绍问道：“你为什么这样说？”郭图回答说：“两人一直有降曹的意思，现在派他们去攻打寨子，明显故意不用力量，导致士卒损失。袁绍非常愤怒，立即派使者急速召回张合和高览，要他们回寨接受责罚。郭图先派人告诉张合和高览：“主公要处决你们了。”当使者到达时，高览问道：“主公召我们回去有何事？”使者回答：“不知道。”高览立刻拔剑斩杀了使者，张合非常惊讶。高览说：“袁绍听信谣言，必然会被曹操俘虏，我们怎能坐以待毙呢？不如去投靠曹操。”张合表示自己早就有这个心思。

袁绍的军队被曹操击败后，张合和高览决定投降曹操。曹操接受了他们的投降，并对他们表示了赞赏和恩遇。他称赞他们的勇敢和忠诚，并将他们封为偏将军和侯爵。张合和高览非常高兴。

袁绍失去了张合、高览和乌巢的粮草，军心涣散。曹操的谋士荀攸建议曹操分兵劫取酸枣和黎阳，断绍军的归路，使袁绍分兵抵御，然后趁机攻击袁绍。曹操采纳了这个计策，派出了三路军队劫寨。战斗一直持续到天亮，绍军大败，损失惨重。

曹操继续利用谣言来瓦解袁绍的军队，声称自己正在调动军队攻打邺郡和黎阳。袁绍听闻后大惊，急派袁谭和辛明分别前往救援。曹操得到袁绍军队的动向后，立即分兵追击，袁绍军溃不成军，袁绍只身骑马逃跑，袁尚紧随其后。曹操派张辽、许褚、徐晃、于禁四位将领追击袁绍，袁绍急忙渡河逃走，丢下了图书车辆、金帛等，只带着八百骑兵离开。曹操的军队虽然追击，但无法赶上，只获得了袁绍丢下的物资。曹操杀了八万多人，血流成河，淹死的人更是无法计数。

曹操获得了完全的胜利，他将所得的财宝分给了士兵。在查阅袁绍的图书时，曹操发现了一批与许都和军中人员密谋的信件。有人建议将这些人逐一点名并处死，但曹操认为袁绍实力强大，自己也无法保全，何况其他人呢？他下令将信件全部焚毁，不再追究。

袁绍在战败后被曹军擒获，沮授因被困而无法逃脱，被曹军擒获后，被曹操带到面前。曹操曾与沮授相识，见到他后大声喊道：“沮授不降！”曹操说：“袁绍无谋，不听你的建议，你为何还固执不转？如果早得到你，天下就无需担心了。”然后曹操对沮授表示了厚待，留在军中。沮授趁夜盗取马匹，准备归还给袁氏，但被曹军发现并杀死。沮授至死神色不变，曹操叹息道：“我误杀了一位忠义之士！”下令厚葬他，并在墓碑上题写“忠烈沮君之墓”。