曹操與袁紹之間的決鬥，首先登場的是汝南地區的戰事。汝南地區袁氏門生故吏的反叛，在滿寵著意的經營下，很快便完全遭到平息。但在七月間，又有汝南黃巾黨人劉辟叛離曹操，響應袁紹的事件。這次袁紹表現得倒很積極，他立刻派遣劉備率軍援助劉辟，試圖在豫州後方另辟戰場，以牽製曹軍在官渡的軍事行動。
劉備和劉辟雙方的搭配非常成功，包括許都以南地區都呈現一片不安現象。曹操派曹仁率騎兵隊夾擊，劉備。和劉辟南走到豫州西南區，並與黃巾黨人首領龔都等會合，曹操派大將蔡陽率數千騎前往追擊，反被劉備所殺。豫州南區一帶，在官渡之戰期間，曹操一直未能收複；而劉備集團也因此巧妙地脫離了袁曹兩軍在官渡地區的主要戰場。
沮授在觀察官渡前線的情況後，便主動向袁紹建議： “我方軍隊雖較多，但勁力顯然不如南軍。不過南軍在糧草方麵及後勤資源上卻不若北軍。因此南軍利於急戰，北軍利於緩師。於今之計，對我方最有利的戰略是采取持久戰方式，消耗對方資源，如此便可以順利取勝了。”
八月底，袁紹親自上前線，曹操也在大本營坐鎮。九月初，雙方在官渡發生激烈的接觸戰，曹軍因人數較少，處於較不利形勢，曹操下令全軍退回防禦工事後的營區內，堅守不出。袁紹派軍隊猛攻，但曹操在官渡地區建築的營壘非常堅固，顯然不是靠攻堅戰術能夠取勝的。
袁紹在不得已下建築可以俯瞰曹營的高樓，但很快就被曹軍以火箭焚毀。袁紹又下令在官渡南岸填土造山，堆成一個小土山，並下令弓箭手全部爬到土山上，居高臨下，以箭雨攻擊曹軍。曹操隻好下令以盾牌掩護，完全陷入挨打的態勢。這座小土山據說一直到唐朝時仍然存在著。
在參謀的建議下，曹操找人建造可以拋擲大石頭的發石車，果然在小土山上的袁紹弓箭隊，遭到巨石攻擊後，很快便潰散而去，曹營才又恢複正常作業，發石車日後在戰場上常被使用，大家稱之為霹靂車。