曹操知道袁绍有本钱往下耗而他已经没有了，所以许攸的情报即使可能有诈，他也要冒险一试。之所以决定亲自带兵出征，是因为此行只能成功不能失败，如果无功而返接下来必然要全军溃退。
曹操安排荀攸留下来协助曹洪坚守大营，叮嘱他们如遇袁军来攻营死守就行，然后挑选五千精兵由张辽、徐晃等人带领悄悄出发。
乌巢在官渡的后面，位于袁军大营东北方约四十里处，曹军此去必须经过袁军的防地，为了顺利通过，曹操让人准备了袁军的旗帜，在马嘴里衔上小木棍，用布缚住马口，以防夜行途中马匹发出声响暴露行踪。曹操还命令士兵抱了很多柴禾，这些都是有专门用途的。
路上遇到袁军，但他们根本没有料到这是敌人，问他们是哪个部分的。曹军士兵回答：“袁公担心曹军包抄后路（袁公恐曹操钞略后军），派我们增加防备。”一路上多次遇到这种情况，居然都顺利通过。
袁军士兵戒备心如此之差吗？那倒未必，一切缘于许攸送来的绝密情报中最有价值的部分除了袁军屯粮的位置之外，应该还有袁军的暗语口令等行军机密，所以曹军才能一路畅行无阻。
甚至可以推测许攸也一路同行，有他这个袁军的高级参谋在，行军路线、敌军情况、敌将姓名、口令等都不成问题，所以曹军在夜里很快便推进到乌巢附近。
袁军在乌巢的指挥官淳于琼字仲简，颖川郡颖阴县人，跟荀同一个县。他是一员宿将，资历在袁曹两军之中目前也只有袁绍、曹操等少数人可以相比，十多年前他也是西园八校尉之一。
淳于琼后来跟随袁绍到了渤海郡，自袁绍起兵时就追随他，深得袁绍的信任。郭图挑拨袁绍分解了沮授的兵权，沮授原来类似于兵团司令，结果所部分成了三个军，分别由沮授、郭图和淳于琼任军长。
淳于琼这个军有一万多人，袁绍交给他的任务是负责屯粮基地乌巢的安全，这批粮食是袁绍刚从后方调运来的，由袁谭亲自送来，有了这批粮食，袁绍料定曹操必败无疑。
近几年来几次大的战役表明，打仗就是打后勤，有了后勤就有战斗力，袁军的战斗力远远超过曹军，就是因为它的后勤很厉害。
曹军出其不意地出现在乌巢袁军营外，曹操下达攻击命令，将士们奋力拼杀，袁军没有防备，顿时陷入慌乱。
曹军攻入袁军大营，带来的柴禾派上了用场，他们四处点火，袁军大营顷刻间变成火海。
如果放在平时，曹军未必能得手，但此时是夜里，袁军毫无防备，大部分人还在睡觉，被惊醒后根本摸不清情况，也不知道敌人有多少，只见各处都起了火，到处都是喊杀声，哪里还有战斗力。
袁军为什么如此麻痹大意？因为他们远在后方，前面到处都是友军，根本没有料到曹军大队人马能从天而降。
但老将淳于琼毕竟很有经验，加上袁军的总人数是曹军的一倍以上，在短暂的慌乱之后，他迅速组织反击，同时派人向大本营求救。
乌巢距袁绍在官渡前线的大本营只有四十多里路，骑快马不用花太多时间就能到达，袁绍得报后立即召集儿子袁谭以及审配、沮授、张等人商议对策。
袁绍认为，曹操攻击乌巢，他的大本营必然空虚，此时不如置乌巢于不顾，直接进攻官渡正面的曹军，让曹操有出无回。袁绍下令张和高览率所部立即对曹军大营发起攻击，但张却认为不妥。
张说：“曹操敢攻乌巢，率领的必然都是精兵，淳于琼将军肯定会被攻破，如果是那样的话就大事已去了，不如先去救他。”
但郭图支持袁绍的想法，坚持要张先攻曹营。
张还想坚持：“曹营很坚固，之前已经打了很久也没有攻破，现在仓促之间能不能拿下实在没有把握。而淳于琼将军如果被曹操俘虏，我们也都得当俘虏啊（若琼等见禽，吾属尽为虏矣）。”
按说袁绍此时真应该慎重考虑一下了，要么重新部署，让张等人先救乌巢，要么继续坚持他的方案，但最好派别人执行这项任务，因为作为主将的张思想与他已经不统一。
但袁绍仍然坚持要张发起正面进攻，而以少部分轻骑驰援乌巢。
曹军在乌巢打得很艰苦，曹操亲自督战，张辽、徐晃等人率部拼命厮杀，但始终未能攻破淳于琼的指挥部，正在这时，侦察兵报告说袁绍的援军快到了。左右赶紧建议：“敌兵很近了，请分兵拒之。”曹操头也不回说：“敌人到了背后，再来报告（贼在背后乃白）！”
曹军将士殊死奋战，终于在敌人援军到来的前一刻，将淳于琼的指挥部攻破。老将淳于琼等人被斩杀，袁军一千多人被俘。之后曹操组织人马回击袁军援兵，将其打退。
《曹瞒传》称曹军临阵斩杀的袁军将领有眭元进、韩莒子、吕威璜、赵等人，这些人可能是淳于军长手下的师长级将领，而淳于琼本人则是被活捉的。曹操为了震慑敌兵，下令将俘虏的鼻子割去，把牛马的唇舌也割了，拿出来展览（以示绍军）。
这种残忍的办法是一种心理战，目的是让敌人害怕，果然凡是看到过这一堆战利品的袁军士兵无不惊恐万分（将士皆怛惧）。
据《曹瞒传》说，在这些被割去鼻子的俘虏里居然也包括袁军的主将淳于琼，这未必是曹操的命令，可能是乱军之中老将军被抓，大家不认识他，跟其他俘虏一样挨了一刀。
淳于琼被带到老朋友曹操面前时已经血流满面了。曹操有点吃惊，说：“仲简，怎么会到这个地步啊（何为如是）？”
淳于琼忍着痛回答道：“胜负自有天意，还有什么好问的！”
曹操念及都是老朋友，有点不想杀他。在一旁的许攸插话说：“明天他若照着镜子看，一定不会忘了这件事。”
许攸看到老同事遇难，不来搭把手就算了，还在背后补上一刀，看来袁绍真没有把队伍带好，手下净是落井下石之辈。
曹操想了想许攸说的话也有道理，于是下令把淳于琼杀了。
乌巢一仗曹军艰难取胜，这成为扭转全局的关键点，袁军的大溃败开始了。