【許攸降曹】
據《曹瞞傳》記載曹操聽許攸前來投靠自己，大喜過望，都等不及穿鞋，光著腳出來就去迎接他，一看到許攸就拍手笑著：“許子卿，你遠道而來，我的大事可成功了！”
入座以後，許攸對曹操：“袁軍兵多將廣勢力強大，你有什麼辦法對付他？現在還有多少糧草？”曹操：“還可以支援一年。”許攸哪裡相信，就直接：“沒有那麼多，再一次。”曹操又：“可以支援半年。”
許攸：“您不想擊破袁紹嗎？為什麼不實話呢！”曹操：“剛才只是開玩笑罷了，其實只可應付一個月，怎麼辦呢？”許攸：“您孤軍獨守，外無救援，而糧草已盡，這是危急的關頭。袁紹有一萬多輛輜重車，在故市、烏巢，守軍戒備不嚴密，如果派輕裝部隊襲擊，出其不意而來，焚燬他們的糧草與軍用物資，不出三天，袁紹大軍就會自行潰散。”
歷史上許攸就這樣提出火燒烏巢的提議，但因為許攸是叛將，所以曹操集團內部對他不是很信任，很多人都對許攸有所懷疑，認為這可能是陷阱，而當時只有荀攸和賈詡勸曹操聽從許攸的提議。
而在曹操兵糧將盡之際，他就問過賈詡對策，賈詡就回道：“您明智勝過袁紹，勇敢勝過袁紹，用人勝過袁紹，當機立斷勝過袁紹，有這四個勝過而半年之久不能平定袁紹的原因，在於只考慮萬全之策。必須在關鍵時刻作出決斷，那樣片刻就可平定敵人。”
於是曹操最終聽從了許攸的建議，決定出兵摧毀烏巢。
【火燒烏巢】
據《曹瞞傳》記載，曹操決定出兵後，留下曹洪、荀攸防守大營，親自率領五千名步騎兵出擊。當時曹操下令軍隊一律用袁軍的旗號，兵士嘴裡銜著木棍，把馬嘴綁上，以防發出聲音，夜裡從道出營，每人抱一捆柴草。經過的路上遇到有人盤問，就回答：“袁公恐怕曹操襲擊後方輜重，派兵去加強守備。”聽的人信以為真，全都毫無戒備。到達烏巢後，曹操保圍住袁軍輜重，四面放火，袁軍營中大亂。正在這時，天已漸亮，淳於瓊等看到曹軍兵少，就在營外擺開陣勢，曹操進軍猛擊，淳於瓊等抵擋不住，退守營寨，於是曹軍開始進攻。
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袁紹知道曹操襲擊烏巢後，派遣騎兵增援烏巢，看到敵軍援軍將近，曹操左右有人就：“敵人的騎兵逐漸靠近，請分兵抵抗。”曹操怒喝道：“敵人到了背後，再來報告！”
在曹操的鼓舞下曹軍士兵都拼死作戰，於是大破袁軍，斬領將督將眭元進、騎督韓莒子、呂威璜、趙叡等的首級，割下大將淳於瓊的鼻，殺士卒千餘人，將他們所有鼻割下，連同牛、馬的舌頭一同送往袁軍，袁軍將士大驚。此戰，曹軍還燒掉袁軍全部存糧。
淳於瓊為曹將樂進所虜獲，被帶到曹操面前。曹操問淳於瓊：“你今天弄成這樣，是什麼源故？”淳於瓊答：“勝負乃天所控制的，問我幹什麼？”曹操想要留下淳於瓊性命，許攸勸諫：“以後他照鏡子（看到自己的鼻子被割了），不會忘記今天的（恥辱和仇恨）。”聽完，曹操同意殺淳於瓊。
就此曹操在烏巢大獲全勝，而這一戰的勝利則成為了壓死駱駝的最後一根稻草。
【張郃歸曹】
曹操襲擊淳於瓊攻打烏巢之後，袁紹很快也得知了訊息，他對兒子袁譚：“就算曹操攻破淳於瓊，我去攻破他的大營，讓他無處可歸。”於是袁紹準備派遣大將高覽、張郃去攻打曹軍大營。張郃勸道：“曹操親率精兵前去襲擊，必能攻破淳於瓊等，他們一敗，輜重被毀，則大勢已去，請您先去救援淳於瓊。”
而袁紹的主要謀士郭圖則堅持要先攻曹操營寨。張郃繼續勸：“曹操營寨堅固，一定不能攻克。如果淳於瓊等被捉，我們都將成為俘虜。”袁紹於是派出輕兵去援救淳於瓊，而派張郃等人率領重兵進攻曹軍大營。而後由於援軍太少，烏巢最終被曹操攻陷，淳於瓊等將領也都被殺死，曹操將一千餘名袁軍士兵的鼻子全都割下，將所俘獲的牛馬的嘴唇、舌頭也割下，拿給袁紹軍隊看，導致軍中大為驚恐。
郭圖知道自己的計策失敗後，心中羞愧，為了推卸責任就又去袁紹那裡誣告張郃，對袁紹：“張郃聽我軍失利，十分幸災樂禍。”而這件事情被張郃聽後，他又恨又怕，恐懼自己成為第二個田豐，於是就與高覽等將領燒燬了攻營的器械，到曹營去投降。一開始曹洪生怕中計，不敢接受他們投降。荀攸：“張因為計策不為袁紹採用，一怒之下來投奔，您有什麼可懷疑的！”於是選擇接受張郃、高覽的投降。
曹操也對張郃的投降感到高興，親自迎接並稱“如微子去殷，韓信歸漢也”，此後擔任著偏將軍、封都亭侯。張郃亦是後來曹操集團中主要大將之一，後世和徐晃、樂進、張遼、于禁並稱為曹魏“五子良將”。
歷史上烏巢雖然不是《三國演義》中袁紹放置全部糧草的地，而是淳於瓊運輸糧草的暫時放置地，但此前袁紹的糧道已經被曹操截過了，而烏巢的是最新的一批糧草，所以就算當時袁紹軍中還有餘糧，但也不可能太多了，烏巢中糧草應該佔了袁紹軍中糧草的絕大多數，在曹操摧毀烏巢的糧草之後，對於袁紹軍的打擊可以是致命的。
而且在這一系列的作戰中袁紹損失不僅僅是糧草而已，其麾下將領淳於瓊、眭元進、韓莒子、呂威璜、趙叡均在這一仗中戰死，許攸、張郃、高覽等也先後向曹操投降，在烏巢和攻打曹操大營也是損失了大量部隊，袁紹在損兵折將的同時，更致命的還有士氣上的打擊，袁紹軍中從上而下都已經失去了再戰鬥的意志。
袁紹已經走向了窮途末路，官渡之戰的結局此時已經很明確了。