五千人，皆用袁军旗帜。衔枚缚马口，趁夜从间道出，每人抱薪一束。所过之处有问的人，就告诉他们说，袁公恐曹操钞略后军，遣兵增强戒备。听到这话的人都信以为然。既至围屯，大放火，营中惊乱。会明，淳于琼等望见曹操兵少，出兵陈于门外。曹操急击之，淳于琼退保营帐。曹操遂进攻之。袁绍闻曹操进击淳于琼，对其子袁谭说：就算曹操破淳于琼，我拔其营，他同样是退无所归。于是使其将高览张郃等进攻曹操营帐。张郃说：曹公精兵前往，必破淳于琼等，淳于琼等破，则大势已去了。请先去救他们。郭图固请攻曹操军营。张郃说：曹公营固，攻之必不拔。若淳于琼等见擒，我等将尽为其虏了。袁绍但遣轻骑救淳于琼，而以重兵攻曹操军营，不能下。袁绍骑兵至乌巢，左右有人说贼骑稍近，请求分兵拒之，曹操发怒说：为什么等到敌军到了身后才报告？士卒皆殊死奋战，遂大破袁军，斩淳于琼等。尽烧其粮谷。俘士卒千余人，尽割其鼻，所掠牛马尽割其唇舌，然后向袁绍军展示，袁绍军中将士皆汹惧。
郭图因为他的计策失误而心中有愧，不知悔改，又在袁绍面前毁短张郃说：张郃见到前线失败不知忧惧反而快活的很。张郃闻之愤惧，遂与高览焚烧攻具，诣曹操军营降。曹洪疑不敢受。荀攸说：张郃计划不用，怒而来奔，将军又有何疑？于是开营受降。袁绍军闻讯惊扰大溃。袁绍及袁谭等幅巾乘马，与八百骑渡河逃亡，曹操追之不及。尽收其辎重图书珍宝，余众降者，曹操尽坑杀之，前后所杀七万余人。
沮授来不及跟随袁绍逃走，为曹操军中所捉，于是大呼说：沮授不肯投降，是为他们所执。曹操与之有旧，迎上去对他说：分野不同，命运也会不同。想不到今日竟为我所擒了。
沮授说：冀州失策，自取奔北。沮授智力俱困，应当被擒。
曹操说：本初无谋，不相用计。如今丧乱未定，正当与先生一道图谋。
沮授说：叔父母弟悬命袁氏，若蒙公灵，速死为福。曹操叹息说：孤家若能早得先生，天下已不足虑了。遂赦而厚遇之。过了不久，沮授谋归袁氏，曹操于是就杀了他。曹操收集袁绍书信，从中得到许多许下及军中人与袁绍交通的书信，全部集中起来烧掉了，并且说：当袁绍强盛时，孤家犹不能自保，何况是众人呢？
冀州城邑多归降于曹操。