袁军失去粮草，军心大乱，人人自危。士兵们得知粮草被焚，皆无心再战，士气低落至极点。当夜，曹操抓住战机，分兵三路前往劫寨。曹军如虎狼之师，气势汹汹地杀向袁军营地。袁军毫无斗志，面对曹军的攻击，被杀得丢盔弃甲，四处逃窜，损失大半。曹操又心生一计，散布谣言，称袁绍已被曹军击败，冀州已被攻陷，诸将皆有降曹之意。袁绍听闻谣言，心中慌乱，遂调动兵马，试图稳定局势。曹操则乘乱冲杀，袁军此时已全无还手之力，士兵们如惊弓之鸟，四散奔逃。袁绍见大势已去，只带着八百骑兵，仓皇渡河逃命。
袁绍逃回冀州后，心中不甘失败，仍妄图东山再起。他重新整顿兵马，召集残部。他的大儿子袁谭、二儿子袁熙、外甥高干，分别从青州、幽州、并州率部前来相助。袁绍再度聚集起二三十万大军，欲与曹操决一死战。两军在黄河边摆开阵势。曹操这边，左军排列：一队夏侯惇，二队张辽，三队李典，四队乐进，五队夏侯渊；右军则是：一队曹洪，二队张合，三队徐晃，四队于禁，五队高览；中军由许褚担任先锋。十队人马先去埋伏妥当，只等袁绍上钩。至半夜，许褚依计假装劫寨，袁绍全军出击。许褚且战且退，一直退到黄河边上。此时，曹军已无退路。曹操见状，振臂高呼：“前已无去路，诸军唯有拼死一战！今日之战，关乎生死存亡，若能战胜袁绍，天下可定！” 许褚闻令，热血沸腾，掉转马头，飞马当先，如虎入羊群，手中大刀挥舞如风，连斩数将。曹军士兵受其鼓舞，亦奋勇争先，个个以一当十，毫不畏惧。袁军本就心虚，见曹军如此勇猛，顿时大乱，纷纷后退。就在此时，曹军左右伏兵齐出，喊杀声震耳欲聋。袁绍惊恐万分，心胆俱裂，在三子一甥的拼死护卫下，才勉强杀出重围。此役过后，袁绍兵马死伤殆尽，他抱住三子，悲痛欲绝，不觉昏倒在地。众人急忙施救，袁绍悠悠醒转，却已是口吐鲜血不止，仰天长叹：“我历经大战数十次，从未想过今日竟如此狼狈！此乃天要亡我……”
袁绍率残部退回冀州，从此一蹶不振。不久，便因忧愤过度，郁郁而终，吐血而死。他死后，三个儿子为争夺权力，自相残杀，曹操趁机出兵，将其一并剿灭。至此，曾经盛极一时的袁绍势力彻底覆灭，曹操则进一步奠定了统一北方的坚实基础，在这乱世之中，向着霸主之位又迈进了一大步，天下局势亦因此而发生了根本性的转变，历史的车轮在官渡之战的硝烟中，缓缓驶向了新的方向。
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