乌巢在济水北岸，曹军全部人衔枚，马束口，抱着柴草直奔乌巢。途中遇到巡岗袁军，对不上夜号，只好强渡济水。曹操命中郎将朱灵、路招率军五千扑向袁绍军营，自带五千兵马渡过济河。
袁绍很快得知曹军来袭的消息，急忙召来监军沮授、别驾荀谌、主薄郭图等人。袁绍询问荀谌该如何应敌，荀谌沉思片刻道：“曹军趁夜来袭，且只有一路兵马，很明显是声东击西，我猜他们的目标必是西面的故市。故市是咱们的粮草囤积地，曹军必会派兵去偷袭。请主公兵分三路，一路扑灭东面曹军，一路援救故市，一路佯攻曹军大营。”
袁绍正要下令，沮授忙阻拦，“主公，依我看，曹军的目标未必是粮草大营，如今许攸必定投靠曹操，以许攸对咱们的了解，他绝对会建议曹操偷袭淳于琼的新粮。故市有蒋奇的一万大军，还有道道关卡，曹军根本占不到便宜。而乌巢就不同了，淳于琼夜宿乌巢，必定没有防备。我料曹军主动来攻是假，夜袭乌巢是真，应该迅速护住粮草，那可是咱们一个月的依靠。”
这时护卫来报，故市方向出现曹军。袁绍大笑道：“曹操果然想袭击我的粮草大营！迅速召集众将，大营议事！”不久众将齐到大营，突然济河沿岸护卫传信，曹操强渡济河而去。袁绍大惊失色，一拍大腿，“坏了，曹贼真冲着乌巢去了！许攸必定降了曹操，否则曹操绝不可能知道淳于琼正夜宿乌巢。如今三路出击袭击我军粮的计谋必是许攸出的毒计，你们说该怎么办？”
沮授急忙道：“派出大军援助淳于琼，同时派军斩断曹军退路，曹军必定有去无回！”荀谌也催促道：“主公，不必迟疑，依我看曹操强渡济水，必定是做好了破釜沉舟的打算。即便烧了乌巢军粮，他也只能退往东郡。咱们迅速扑向乌巢，曹操必定东逃，接着咱们枪头一转进攻曹操大营，曹军必败！”
这时主薄郭图眼转一转，不禁大笑道：“主公何必一味防守？我有一计，可破曹军。曹操兵分三路，至少两万大军出营，现在曹军营寨必定空虚。咱们派两万大军扑向曹营，曹军必败无疑！”
宁国中郎将张郃急忙驳斥：“主公切莫听信主薄的，曹军趁夜偷袭乌巢，淳于将军没有防备，要不了多久就会被攻陷。一旦乌巢粮草被烧，咱们的大军顷刻瓦解。而曹军营寨坚固，之前四万大军都没有攻陷，如今两万大军如何能攻下？何况曹操既然打算夜袭乌巢，自家营寨怎么可能没有防备？”
郭图不屑一笑道：“这话简直如痴人说梦，如今曹操夜袭乌巢，又派人进攻咱们大营，说明袭击乌巢的曹军已经有了防备，这个时候派兵去援助乌巢，只会陷入胶着战。何况消息传来，乌巢说不定已经出事。再派军前往，必是徒劳。不如派轻骑兵前往援助乌巢，再重兵进攻曹营。如果取胜，曹军必败；即便不胜，咱们也可以围魏救赵，迫使曹军回援。”
众人争执不下，袁绍一锤定音：“罢了，我意已决，立刻出兵进攻曹军大营。张郃、高览，命你二人领兵两万前往进攻曹营，务必攻下。韩猛，命你率领骑督吕威璜等人前往驰援乌巢，调拨三千轻骑兵给你，务必救下淳于琼。讨逆将军崔巨业，命你率领本部人马留守，护卫我军大营。”
待拂晓时分，曹军已经逼近乌巢。曹操命人顺风点火，攻向乌巢。淳于琼大惊，一边拨出五千人马死守，一边亲自领兵五千出战。两军在乌巢外鏖战，死伤惨烈。张绣一马当先，与淳于琼鏖战一处。两人上次没有分出胜负，这次再度搏杀。曹军都是精锐，个个身经百战，杀得淳于琼大军节节败退。淳于琼见大事不妙，忙率领败军退入乌巢，据守营寨。曹军急攻，袁军死守，一时半刻竟攻不进营寨。
韩猛率领骑督吕威璜等迅速扑向乌巢，却在半途被朱灵和路招大军阻拦。原来朱灵虚晃一枪，很快从袁绍军营撤离，拦在济河边。两军鏖战，朱灵大军节节败退。
这时西面曹仁大军在故市遭遇蒋奇大军截杀，不仅没有占到便宜，反倒死伤惨重。曹仁、徐晃、张辽奋力冲杀，依旧不敌蒋奇大军。蒋奇力战张辽，难分高下。眼见占不到便宜，曹仁急得杀红了眼，誓死不退。
三处战斗都进入白热化，难分高下。待天色大亮，张郃、高览率军两万急攻曹军大营。荀攸、曹洪守营，纷纷下令死守。张郃鏖战几个时辰，始终没能攻入曹军营寨。
眼见日上三竿，曹操心焦如焚。突然护卫来报，朱灵、路招大军被韩猛数千轻骑兵击溃，韩猛正率军扑向乌巢。曹操拔剑怒斩传信兵，疾呼道：“袁绍的援军已经被我军击溃，众将迅速攻入乌巢，第一个攻入营寨者赏千金，封列侯！”曹军奋勇杀敌，淳于琼下令死守，誓死不退半步。曹操气得破口大骂，这时护卫再报：“启禀将军，韩猛上千人马正突袭我军后部！”曹操再次怒斩传令兵，命曹休、许褚领亲卫兵抵挡韩猛大军。
曹休、许褚得令，一起领着数百亲卫兵阻拦韩猛大军，许褚身先士卒，直奔韩猛，二十回合斩杀韩猛。乘势冲杀，接着不到二十回合斩杀吕威璜，挡住韩猛轻骑兵。曹操趁机猛攻，在正午之前冲入营寨，斩杀五千，俘虏两千，大败淳于琼大军。
曹操立刻下令纵火焚烧十几万石军粮，接着回军大败韩猛所部骑兵。见俘虏太多，曹操笑道：“把这些俘虏的鼻子全部割了！”于是连淳于琼在内所有人的鼻子全被割掉，顿时惨叫声连连。曹操又派人把这些鼻子连同拉粮车的牛舌头一同送往袁绍大营，以震慑袁绍。接着命人把淳于琼押到跟前，笑问：“当初咱们一起位列西园八校尉，多年不见，贤兄你混得好惨啊，这是什么缘故呢？是跟错了主子，还是猪油蒙了心？”
淳于琼怒不可遏，“五十里外就是主公大营，他不肯派大军援救，我有什么办法？他如此处事，怎么能不败？你今日取胜不过是天意，即便不是你，换成别人也能取胜。如果你来守乌巢，我率军夜袭，一样能胜，你有什么可炫耀的？”曹操大笑，欣然点头道：“说得好，你有这样的认识，足见我没有看错你。念在以往交情，我饶你一命。”许攸趁机阻止：“明公，你今日不杀他，他日难保他不会反你！你把他鼻子割掉了，他每日照镜子都会痛恨那个割掉他鼻子的人。”曹操背脊一凉，当即命人斩杀淳于琼。
见败报传来，袁绍大怒，便要亲自领兵攻杀。监军沮授急忙劝谏：“主公不可，眼下乌巢军粮被劫，咱们士气大挫。趁军粮被劫的消息没有传出，迅速撤军，才是上策。咱们还有四万大军，加上青州方向的三万大军，合计七万大军。只要平安退回黄河以北，待军粮齐备，再挥师南下不迟。否则继续耽误下去，一旦军粮被劫的消息泄露，军心立刻大乱！”
别驾荀谌也附和道：“监军说的没错，曹操虽然焚烧了军粮，可曹军粮草依然短缺，且兵力损失惨重。主公请想，曹操三路出击，西路大败，东路也大败，唯独乌巢大胜。不过乌巢鏖战，从早晨持续到中午，曹军必定损失惨重。我料官渡兵马不会超过三万，而咱们有七万大军，袁强曹弱局面并没有改变。只要咱们迅速撤军，保全这七万大军，胜负未可知啊！”
主薄郭图害怕袁绍秋后算账，趁机进谗言：“主公，乌巢守军从早晨守到中午，而张郃二人却一直没能拿下虚弱的曹军主营，由此可见，张郃二人根本没有尽全力攻打曹营。之前张郃就一直反对攻打曹营，这次必定是有意想证明自己是对的，所以故意耽误战机，造成我军大败！”沮授冷笑道：“主薄巧舌如簧，明明是自己的错，却推卸责任，这是大丈夫所为吗？”袁绍心烦意乱，立刻下令撤军。
不久乌巢战败的消息传来，张郃火冒三丈，痛恨不已。接着听闻郭图向袁绍进谗言，更是气得破口咒骂。与高览商议一番，于是率军降了曹军。曹洪担心张郃是假降，不肯接纳。尚书荀攸急忙劝谏：“将军不可，袁军乌巢大败的消息已经传开，这个时候张郃来降是明智之举，有什么可怀疑的？机不可失时不再来，有了张郃的一万多兵马，咱们实力大增，立刻便可以挥军攻杀袁绍。”曹洪欣然点头，急忙接纳张郃等人，曹军势力陡然大增。
荀攸召来张郃、高览，仔细嘱咐：“眼下袁军还不知道两位将军已经投降，你们速速率军本部兵马回攻袁绍大军，必能够杀他们个措手不及。我会立马通知明公，请他不必回营，立刻调头插入袁军阳武营寨。你们前后夹击，袁军腹背受敌，必定大败。我再通知曹仁、夏侯渊和朱灵大军，东西夹攻，袁军必能死无葬身之地！”