袁紹的大本營鄴縣和曹操的大本營許縣直線距離約五百里，中間隔著黃河、汴水等河流，沿線有黎陽、白馬、延津、官渡等戰略要地，這裡是袁曹決戰的中線，也是決定最終成敗的戰場。
為了迎擊袁紹的進攻，曹操布下了三道防線：第一道防線是黎陽（今河南浚縣），這裡在黃河北岸；第二道防線是黃河南岸的白馬（今河南滑縣）、延津（今河南延津）；第三道防線是官渡。
決戰之前，曹操派一小部分人馬進駐黎陽，不求與袁軍交戰，只起到監視敵軍、配合南岸行動的目的。他還命令于禁率兩千人駐守延津，命令東郡太守劉延駐守白馬，將其餘主力布防在官渡一帶。
面對十多萬袁軍的進攻，曹操擺出了多梯次的縱深防禦體系，而不是將主力分布於黃河一線死守，之所以這樣安排，實在是因為自己的力量不足，難以在正面數百里的黃河沿線分兵把守。
第二道防線的作用是遲滯袁軍的進攻，消耗袁軍的有生力量，挫其銳氣，然後在第三道防線與袁軍展開決戰。
但這樣的軍事部署也冒了很大風險，因為官渡是許縣的最後一道屏障，在前兩條防線被敵軍攻破之後，已經退無可退，必須在這裡取勝，否則就徹底失敗。
建安五年（200年）二月，袁紹親率大軍由鄴縣南下，兵指黎陽，隨行的還有劉備。曹軍未作抵抗，迅速撤到黃河以南。
黎陽自古即是黃河北岸的重要戰略要地，是進行渡河作戰的基地，歷來都有許多大戰在這裡發生。曹軍無意在黎陽與袁紹作戰，因為在這裡自己的部隊難以接續，在實力懸殊的情況下，有被敵軍全殲的危險。
袁紹佔領黎陽後，派部將顏良為先遣部隊，渡河攻擊南岸的軍事要地白馬。這項決定卻遭到了沮授的反對。
沮授勸袁紹說：「顏良這個人生性褊狹，雖然驍勇，但不能獨立擔當大任。」袁紹不聽。
顏良的情況不詳，但卻很有威名，當時在軍中的地位和名望遠遠超過關羽、張飛等人。袁紹曾經對沮授很倚重，幾乎言聽計從，但這次卻不接受沮授的建議。結果，事實證明沮授是正確的。
對於袁紹的這次南征，內部有一定分歧，以田豐、沮授為代表的本土派表示反對，矛盾一度公開化。臨行前，袁紹將持強烈反對意見的田豐下獄。
沮授在袁紹手下以奮威將軍的名義任監軍，權力很大。在郭圖等人的建議下，袁紹將沮授監軍之權一分為三，分別由沮授、郭圖和老將淳于瓊擔任。
據《獻帝傳》說，袁紹出發前，沮授把本族的人招到一塊，把家財分了分，對他們說：「勢如果在，則威無不加，勢如果不在，則不能保一身，悲哀呀！」他有一個族弟說：「曹操怎麼能是袁公的對手，您何必擔憂？」沮授說：「以曹操的明略，加以挾天子以為後盾，我們又剛剛打敗公孫瓚，士兵疲弊，主將驕縱，成敗已經很明顯了。」
大軍還未行動，沮授已經到處散播「亡國論」，袁紹一定有所察覺，沮授在冀州的影響力讓袁紹不至於立即發難，但對沮授的信任大為降低。所以，當沮授對重要的人事安排再指手畫腳時，袁紹出於對沮授的反感，想都沒想就駁回了。
建安五年（200年）四月，顏良率部渡過黃河，直指白馬。
曹操決定親自北上，解救白馬之圍。這時候，荀攸提出了不同意見，他認為袁紹兵多勢盛，不宜強攻，只能智取。荀攸建議先置白馬於不顧，主力開赴延津，這裡是黃河上最重要的渡口之一，給袁軍一種曹軍要從這裡渡河包抄黎陽的架勢，誘使袁軍主力向延津對岸一帶轉移，袁軍被調動後，再迅速轉進白馬。
這個建議的冒險性有兩個方面，一是袁紹看破曹軍的企圖，不分兵西進；二是袁軍雖然分兵，但他們兵力足夠多，既能迎擊延津之敵，又能加強白馬的攻勢。這兩種情況的結果都一樣：白馬丟失，曹軍大敗。
曹操認真考慮了荀攸的建議，他認為在敵強我弱的現實情況下，荀攸的建議值得嘗試，於是放棄親自馳援白馬的方案，轉而進軍延津。袁紹果然中招，將進攻白馬的一部分主力調往延津。
曹操看計策成功，便以張遼為主將組成一支輕騎兵，以閃電之勢急馳白馬。張遼領命，並請求讓關羽同行，曹操同意了。
關羽投降曹操後，與張遼、徐晃二人志趣相投，關係很好。他們三個人都是從敵方陣營歸降的，也許因為有共同的經歷，更容易談得來。曹操很欣賞關羽（壯羽為人），但是發現關羽好像沒有久留的打算，就讓張遼去摸摸關羽的底。
張遼說明意圖，關羽嘆道：「我知道曹公厚待我，然而我受劉將軍厚恩，誓以共死，不可能背叛他。我不會永遠留在這裡，但我會報答曹公以後再走。」張遼把關羽的話如實轉告曹操，曹操沒有生氣，反而覺得關羽很有義氣。
據《傅子》一書說，關羽對張遼講了那一番話後，張遼心裡犯了嘀咕，原話轉告，怕曹操生氣殺了關羽，不如實轉告，又覺得對不起曹操對自己的信任。最後張遼還是如實說了。
在白馬前線的顏良，一直以為主戰場在百餘里之外的延津，沒有想到突然有一支勁旅向自己殺來，倉促應戰，結果打了敗仗。此戰關羽立下大功，親斬敵方主將顏良。
關羽力斬顏良，兌現了當初的承諾，曹操預感到關羽有可能走，立即對關羽給予厚賞，想留住他。但關羽去意已定，他把曹操賞賜給自己的東西全部封存起來，留下一封信，離開曹營找劉備去了。曹操手下人想追趕，曹操說：「他也是各為其主，不要追了。」
關羽在後世很受追捧，被稱為武聖，其實不是因為他的勇猛，而是由於他的為人做事。關羽的為人在此事上表現得很突出：不為利所動，所有的事都以義為先，做事很講究，即使離開，也讓人挑不出理來。
劉備此時已投靠袁紹，關羽剛殺了人家的大將，袁紹那邊恐怕正給顏良開追悼會呢，關羽偏偏敢在此時投奔。這就是關羽，心裡只想著義，其它的一概不多想。袁紹對跑過來的關羽既恨又愛，最後還是沒說什麼。
在關羽重新回到劉備身邊之前，一直在公孫瓚手下效力、公孫瓚失敗後下落不明的趙雲聽說劉備在袁紹這裡，也專程來投奔。劉備客居在袁紹這裡，手下的主要武將張飛、關羽、趙雲總算聚齊了。
曹操雖然解了白馬之圍，但自知袁紹的大軍隨後便到，於是決定從白馬撤軍。袁紹果然指揮主力渡河，對此沮授又表示了不同看法。
據《獻帝傳》記載，沮授建議不管白馬，拿下已經唾手可得的延津，憑藉這裡的渡口優勢，將主力源源不斷運過黃河，之後鞏固延津，使其作為一個戰略支撐點，進可以直取許縣，退可以從容撤回黃河以北。
沮授的話袁紹特別不愛聽，在袁紹看來此行壓根沒有戰敗撤回這樣的選項。同時，首戰即在白馬挫敗讓袁紹大失面子，在哪裡跌倒就要從哪裡爬起來，袁紹非拿下白馬找回面子不可。
沮授站在黃河邊上嘆息說：「黃河啊黃河，我知道這一去就回不來了（悠悠黃河，吾其不反乎）！」於是以身體原因請辭。袁紹很生氣，把沮授所部交由郭圖來統率。
曹操料定袁紹會命主力來攻白馬，他下令白馬軍民全部隨軍撤離，但向哪個方向撤退卻讓他頗費思量。
白馬屬兗州刺史部的東郡，沿黃河向東不遠就是另一個軍事要地濮陽，此時還在曹軍手中。再往東就是曹操在兗州刺史部的中心城市鄄城。
防守鄄城的是程昱，手下只有七百人。為了保證中路的安全，曹軍分散在各地的人馬已經儘可能地都抽調到中線。戰役開始前，曹操想給鄄城增派兩千人，程昱不同意，他說：「袁紹有十萬之眾，自以為所向無敵。現在看到鄄城的兵少，必然輕易不來進攻。如果增加人馬，他們就會認為不能不攻。」
程昱建議不要管鄄城，曹操接受了這個建議。袁紹聽說鄄城沒有多少人馬，果然放棄對這裡的進攻。事後曹操對程昱的膽識和準確判斷大加讚賞，曾經對賈詡說：「程昱的膽識真勝過古人！」
程昱的建議似乎沒錯，從保全鄄城來看，示弱也是一種戰術，類似於空城計，鄄城得以保全，多虧了沒有增兵。
但從全局戰略考慮，袁紹如果分兵來攻鄄城，也會減輕中路主戰場的壓力，通常攻城的一方會數倍於守城的一方，袁紹不攻鄄城，更可以集中優勢兵力決戰主戰場，程昱的想法也算有得有失吧。
現在，鑒於東部防守的薄弱，曹操不可能向東撤退，但也不能輕易撤往官渡的第三道防線，所以曹操做出了一個大膽的決定：沿黃河向西撤，並且帶上白馬的所有輜重和百姓。
沿黃河向西就是延津，這裡剛被袁紹佔領，曹操向西撤退，出乎袁紹的意料。袁紹此時的戰略應該是棄曹操於不顧，直接向南進攻，這裡才是中心戰場。但袁紹急於找曹操本人打一仗，找回失去的面子，於是將已渡過黃河的主力部隊分為兩隊，一部分由郭圖率領守白馬，