袁紹又收羅了汝南地區的黃巾劉辟部，讓劉備與之配合，率軍抄掠許都西側的潁川和南部的汝南，在曹軍背後開辟戰場。劉備剛至，即被嚴陣以待的議郎督騎、曹操的堂弟曹仁擊潰。劉備回袁紹大營，看看形勢不妙，提出請求：讓他南下勸說劉表襲擊曹軍。袁紹答應了，並讓他經過汝南，與黃巾統帥龔都聯絡。劉備到達汝南，與龔都合兵數千，襲殺曹軍將領蔡楊，展開了遊擊戰。不久，袁紹又派出部將韓荀抄斷許都西側道路，又被曹仁打得大敗。袁紹侵擾曹軍後方的戰略企圖未能得逞。
七月，袁紹大軍南進陽武，與官渡隔汴水相望。八月，袁軍又向前逼近，依沙丘屯下大營，東西長達幾十裏，氣勢雄壯。
曹操也將大營紮在沙丘地帶，與袁紹相拒。
九月一日庚午，兩軍陣前天昏地暗，發生了日全食。雙方士兵的心理都異常緊張。
當日光射出刺眼的光芒，曹操麾動大軍殺向袁紹的大營。損失一批士兵之後，曹操隻得退守營寨，堅壁不出。於是輪到袁紹來打他了。袁紹在曹軍的營外堆了土山，構築了木樓，在上麵把箭矢像下雨一樣地射向曹營，打得曹軍頂著盾牌趴在地上。曹操下令用拋石機擊折袁軍的木樓。袁紹天上不行，又來地下，夜裏挖地道攻擊曹營。曹操命工兵在營前開了一條又寬又深的橫溝，袁紹的地道斷了頭。打了半個月，曹操的軍糧緊張了起來，士卒疲憊不堪，甚至有些百姓也叛歸袁紹。曹操一見到運糧的軍士，就撫著他們的背說：“勞駕諸位，再辛苦十五天，看我為你們破了袁紹，就不再勞累諸位了。”過了些時，曹操也吃不消了，寫信給他的總參謀長荀彧，提出退守許都。荀彧回信說成敗在此一舉，主公你可不能讓我們難堪。曹操隻得硬起頭皮，去堵那像螞蟻一般多的袁軍。