曹操知道袁紹有本錢往下耗而他已經沒有了，所以許攸的情報即使可能有詐，他也要冒險一試。之所以決定親自帶兵出征，是因為此行只能成功不能失敗，如果無功而返接下來必然要全軍潰退。
曹操安排荀攸留下來協助曹洪堅守大營，叮囑他們如遇袁軍來攻營死守就行，然後挑選五千精兵由張遼、徐晃等人帶領悄悄出發。
烏巢在官渡的後面，位於袁軍大營東北方約四十里處，曹軍此去必須經過袁軍的防地，為了順利通過，曹操讓人準備了袁軍的旗幟，在馬嘴裡銜上小木棍，用布縛住馬口，以防夜行途中馬匹發出聲響暴露行蹤。曹操還命令士兵抱了很多柴禾，這些都是有專門用途的。
路上遇到袁軍，但他們根本沒有料到這是敵人，問他們是哪個部分的。曹軍士兵回答：「袁公擔心曹軍包抄後路（袁公恐曹操鈔略後軍），派我們增加防備。」一路上多次遇到這種情況，居然都順利通過。
袁軍士兵戒備心如此之差嗎？那倒未必，一切緣於許攸送來的絕密情報中最有價值的部分除了袁軍屯糧的位置之外，應該還有袁軍的暗語口令等行軍機密，所以曹軍才能一路暢行無阻。
甚至可以推測許攸也一路同行，有他這個袁軍的高級參謀在，行軍路線、敵軍情況、敵將姓名、口令等都不成問題，所以曹軍在夜裡很快便推進到烏巢附近。
袁軍在烏巢的指揮官淳于瓊字仲簡，穎川郡穎陰縣人，跟荀同一個縣。他是一員宿將，資歷在袁曹兩軍之中目前也只有袁紹、曹操等少數人可以相比，十多年前他也是西園八校尉之一。
淳于瓊後來跟隨袁紹到了渤海郡，自袁紹起兵時就追隨他，深得袁紹的信任。郭圖挑撥袁紹分解了沮授的兵權，沮授原來類似於兵團司令，結果所部分成了三個軍，分別由沮授、郭圖和淳于瓊任軍長。
淳于瓊這個軍有一萬多人，袁紹交給他的任務是負責屯糧基地烏巢的安全，這批糧食是袁紹剛從後方調運來的，由袁譚親自送來，有了這批糧食，袁紹料定曹操必敗無疑。
近幾年來幾次大的戰役表明，打仗就是打後勤，有了後勤就有戰鬥力，袁軍的戰鬥力遠遠超過曹軍，就是因為它的後勤很厲害。
曹軍出其不意地出現在烏巢袁軍營外，曹操下達攻擊命令，將士們奮力拚殺，袁軍沒有防備，頓時陷入慌亂。
曹軍攻入袁軍大營，帶來的柴禾派上了用場，他們四處點火，袁軍大營頃刻間變成火海。
如果放在平時，曹軍未必能得手，但此時是夜裡，袁軍毫無防備，大部分人還在睡覺，被驚醒後根本摸不清情況，也不知道敵人有多少，只見各處都起了火，到處都是喊殺聲，哪裡還有戰鬥力。
袁軍為什麼如此麻痹大意？因為他們遠在後方，前面到處都是友軍，根本沒有料到曹軍大隊人馬能從天而降。
但老將淳于瓊畢竟很有經驗，加上袁軍的總人數是曹軍的一倍以上，在短暫的慌亂之後，他迅速組織反擊，同時派人向大本營求救。
烏巢距袁紹在官渡前線的大本營只有四十多里路，騎快馬不用花太多時間就能到達，袁紹得報後立即召集兒子袁譚以及審配、沮授、張等人商議對策。
袁紹認為，曹操攻擊烏巢，他的大本營必然空虛，此時不如置烏巢於不顧，直接進攻官渡正面的曹軍，讓曹操有出無回。袁紹下令張和高覽率所部立即對曹軍大營發起攻擊，但張卻認為不妥。
張說：「曹操敢攻烏巢，率領的必然都是精兵，淳于瓊將軍肯定會被攻破，如果是那樣的話就大事已去了，不如先去救他。」
但郭圖支持袁紹的想法，堅持要張先攻曹營。
張還想堅持：「曹營很堅固，之前已經打了很久也沒有攻破，現在倉促之間能不能拿下實在沒有把握。而淳于瓊將軍如果被曹操俘虜，我們也都得當俘虜啊（若瓊等見禽，吾屬盡為虜矣）。」
按說袁紹此時真應該慎重考慮一下了，要麼重新部署，讓張等人先救烏巢，要麼繼續堅持他的方案，但最好派別人執行這項任務，因為作為主將的張思想與他已經不統一。
但袁紹仍然堅持要張發起正面進攻，而以少部分輕騎馳援烏巢。
曹軍在烏巢打得很艱苦，曹操親自督戰，張遼、徐晃等人率部拚命廝殺，但始終未能攻破淳于瓊的指揮部，正在這時，偵察兵報告說袁紹的援軍快到了。左右趕緊建議：「敵兵很近了，請分兵拒之。」曹操頭也不回說：「敵人到了背後，再來報告（賊在背後乃白）！」
曹軍將士殊死奮戰，終於在敵人援軍到來的前一刻，將淳于瓊的指揮部攻破。老將淳于瓊等人被斬殺，袁軍一千多人被俘。之後曹操組織人馬回擊袁軍援兵，將其打退。
《曹瞞傳》稱曹軍臨陣斬殺的袁軍將領有眭元進、韓莒子、呂威璜、趙等人，這些人可能是淳于軍長手下的師長級將領，而淳于瓊本人則是被活捉的。曹操為了震懾敵兵，下令將俘虜的鼻子割去，把牛馬的唇舌也割了，拿出來展覽（以示紹軍）。
這種殘忍的辦法是一種心理戰，目的是讓敵人害怕，果然凡是看到過這一堆戰利品的袁軍士兵無不驚恐萬分（將士皆怛懼）。
據《曹瞞傳》說，在這些被割去鼻子的俘虜里居然也包括袁軍的主將淳于瓊，這未必是曹操的命令，可能是亂軍之中老將軍被抓，大家不認識他，跟其他俘虜一樣挨了一刀。
淳于瓊被帶到老朋友曹操面前時已經血流滿面了。曹操有點吃驚，說：「仲簡，怎麼會到這個地步啊（何為如是）？」
淳于瓊忍著痛回答道：「勝負自有天意，還有什麼好問的！」
曹操念及都是老朋友，有點不想殺他。在一旁的許攸插話說：「明天他若照著鏡子看，一定不會忘了這件事。」
許攸看到老同事遇難，不來搭把手就算了，還在背後補上一刀，看來袁紹真沒有把隊伍帶好，手下凈是落井下石之輩。
曹操想了想許攸說的話也有道理，於是下令把淳于瓊殺了。
烏巢一仗曹軍艱難取勝，這成為扭轉全局的關鍵點，袁軍的大潰敗開始了。