經過白馬、延津之戰，袁、曹雙方進入了暫時相持的階段。袁紹雖然在這兩次戰鬥中連遭不利，但是仍然保持著優勢。從人力上說，袁紹軍隊將近10萬，曹操最多不過三四萬。從後方的經濟力量上說，曹操佔領的兗〔yan演〕、豫二州，是漢末以來破壞得最嚴重的一個地區，遠不如袁紹佔領的河北地區那樣富庶。曹操雖然在進入許都的同一年，就開始屯田積穀，畢竟還只有四五年光景，軍用糧餉，遠遠不如袁紹充足。然而，曹操是歷史上一個眼光遠大和才能出眾的政治家，為了收攬人心，他採取了一些比較開明的政治措施。例如：他曾把陽安郡(故城在今河南省確山縣東北)內所徵收的綿絹，完全發還給百姓。又如：他下令部隊行軍，不許馬踏青苗，違者處死。有一次他自己的馬踏壞了麥田，還命令部屬按照規定議罪，結果自己拔出佩劍，把頭髮割下一綹，擲在地上，來表示對自己過失的懲罰。曹操的這類作法客觀上有利於人民，所以在一定程度上，他能夠得到人民的支持，為在軍事上戰勝敵人創造了有利條件。
袁紹在戰爭初期受到了嚴重挫折，但是他並沒有從失敗中吸取教訓，還是仗著在軍隊數量、裝備和物資儲備上的優勢，堅持要同曹操決戰。經過一段休整以後，到了這一年的七月，袁紹又把大軍集結到官渡北面的陽武，準備繼續發動進攻。這時候，沮授再一次向他分析戰爭的形勢說：「我方軍隊雖然人數多，卻比不上曹軍勇敢善戰；曹軍的弱點是軍糧少，物資儲備沒有我方充足。曹軍利於急戰，我軍利於慢打。因此，我軍應當用持久戰來消耗曹軍的力量，以便最後戰勝曹軍。」袁紹不聽這些勸告，仍然一意孤行。他命令主力部隊開到官渡前線，依託沙堆建立營寨，從東到西有幾十里長。曹軍也分別紮下營盤，和袁軍相對抗。
九月，曹操向袁軍發動了一次進攻，沒有能夠取勝。他便改變方針，深溝高壘，固守陣地，等待有利時機，再向袁軍進攻。袁紹求戰心切，他看到曹軍縮回營中不再出來，就命令士兵在曹營外面堆起很多土山，在土山上砌起高高的壁樓，讓士兵們在壁樓上向曹軍營壘放箭。號令一下，袁軍壁樓上萬箭齊發，箭像雨點般向曹軍射來；曹營士兵只得用盾牌遮住身體，人心慌恐。針對袁軍這種做法，曹操叫工匠連夜趕造一批發石車，分布在營牆內，正對著袁軍的土山。等袁軍弓箭手一射箭，曹營內一齊拽動發石車，連珠般發射石塊，往上亂打。袁軍的壁樓被擊破，弓箭手也死傷了不少。發石車發射石塊的時候聲響如雷，人們管這種車叫「霹靂車」。袁紹見用壁樓進攻沒有成功，便命人暗鑿地道，直通曹營。曹操就叫士兵們在營牆內挖掘長溝，進行防禦。袁軍把地道挖到溝邊，果然無法進入，反而白費了許多力氣。這樣，雙方在官渡相持了約三個月。
曹操方面軍隊人數少，軍糧又很困難，戰爭如果曠日持久地僵持下去，對曹軍不利。面對這種情況，曹操本人曾一度動搖，打算退守許都。曹操的謀士荀彧為他分析戰爭的前途，認為這次戰爭是打敗袁紹的好機會。他勸曹操要盡最大努力，爭取最後勝利。曹操接受了荀彧的意見，堅定了和袁紹周旋到底的決心。他一面命令部隊繼續固守官渡，一面密切注視敵人的動態，尋找有利時機，進行最後決戰。