鄴縣與許縣兩地間直線距離約500里，中間隔著黃河、汴水等河流，沿線有黎陽、白馬、延津、官渡等戰略要地。
為迎擊敵人的進攻，曹操沿著這條中軸線安排了三道防線：第一道防線是黃河以北的黎陽，即今河南省浚縣；第二道防線是黃河南岸的白馬、延津，即今河南省滑縣到延津縣一帶；第三道防線是官渡。
前兩道防線目的是遲滯敵人的進攻，挫敗其銳氣，而曹軍主力都收縮在官渡一帶。在第一道防線黎陽，曹軍只有一小部分人馬；在第二道防線上，守延津的是於禁，手裡也只有2000人，守白馬的是東郡太守劉延，人馬也不多。
建安五年（200）2月，袁軍兵指黎陽，曹軍稍作抵抗後迅速撤到黃河以南。袁紹佔領黎陽，暫時以此為基地進行休整，進一步集結部隊，同時派部將顏良為先遣軍，渡過黃河攻擊南岸的軍事要地白馬，但是這項決定卻遭到了沮授的反對：「顏良這個人生性偏狹，雖然驍勇，但不能獨立擔當大任。」
顏良的情況不詳，卻很有威名，當時在軍中的地位和名望遠遠超過關羽、張飛等人。袁紹曾經對沮授很倚重，幾乎言聽計從，可這次卻不接受沮授的建議。沮授現在以奮威將軍的名義任監軍，相當於袁紹的軍長兼兵團司令，論軍職是袁軍中最高的。但這次南征，沮授、田豐等本土派很有意見，惹得袁紹不高興，前幾天還把極力反對南征的田豐下了獄。
仗還沒打起來，身居要職的沮授已經到處散播「亡國論」，袁紹十分厭惡，沮授在冀州的影響力讓袁紹不至於立即有所發難，但對沮授的信任大為降低。所以，當沮授對於重要的人事安排再指手畫腳之時，袁紹出於對沮授漸漸生出的反感，想都沒想就駁回了。
袁紹一生氣，做出了一項決定，把沮授的監軍之權一分為三，分別由沮授、郭圖和老將淳於瓊擔任。這是一項重要的人事調整，和臨陣換帥差不多，是兵家大忌。
4月，顏良率部渡過黃河，直指白馬。
曹操決定親自北上解救白馬之圍，軍師荀攸提出了不同意見：「現在我們兵力不足，敵不過袁紹，只有分散他們的兵力才能取勝。您到延津，做出要渡過黃河襲擊他們的樣子，袁紹必然調集重兵前來應戰，然後我們再輕兵疾進去取白馬，掩其不備，顏良可擒！」
荀攸的意思是先置白馬於不顧，把主力開赴延津，這是黃河上重要的渡口之一，給袁軍一種要從這裡渡河包抄黎陽的架勢，誘使袁軍主力向延津對岸一帶轉進，袁軍被調動後，再迅速出擊白馬。這個計劃具有一定的冒險性，一是袁紹看破曹軍的企圖，不分兵西進；二是袁軍雖然分兵，但他們兵力足夠多，既能迎擊延津之敵，又能加強白馬的攻勢。
如果上面兩種情況出現，對曹軍來說結果都是白馬丟失，曹軍大敗。但是曹操認真考慮了荀攸的建議，他肯定也看到了敵強我弱的現實情況，在這種情況下如果中規中矩地跟敵人打正面戰，肯定會處於下風。用兵之法，奇正相輔，尤其在被動的情況下，出奇才能制勝。
曹操接受了荀攸的建議，放棄馳援白馬的方案，而是親自率一支人馬向延津方向開來。袁紹果然中招，將進攻白馬的一部分人馬調往延津。曹操看到計策成功，命張遼為主將，率一支輕騎兵疾馳白馬。張遼領命，請求讓關羽同行，曹操同意。
白馬前線，顏良一直以為主戰場在百餘里之外的延津，沒有想到突然有一支勁旅向自己殺來，倉促應戰，結果打了敗仗。此戰關羽立下大功，親斬敵方主將顏良。
曹軍雖然取得白馬大捷，但曹操深知袁紹依然強大，所以不敢冒進，而是命令張遼、關羽等部迅速回防，準備迎接袁軍的下一輪進攻。
袁紹丟了面子，盛怒之下命令主力立即渡河，此舉又遭到沮授的反對，沮授認為：「曹軍不僅人數不如我們，而且他們的後勤保障也不如我們。敵人想急戰，而緩戰對我們更有利。正確的做法應該是打持久戰，把戰事拖長。」沮授的建議有一定道理，打仗不僅拼人馬數量，還要拼經濟實力，有北方四個州做後盾，袁紹的經濟實力是曹操所不能比的。
但袁紹的耐心已經用完，毫不客氣地把沮授的意見駁回。
沮授當即以健康為由請求辭職，袁紹批准，把沮授所部交由郭圖統率。曹操知道袁軍下一個進攻的目標將是白馬，於是下令白馬軍民全部隨軍撤離，但向哪個方向撤卻頗費思量。白馬屬兗州刺史部的東郡，沿黃河向東不遠就是另一個軍事要地濮陽，此時它還在曹軍手中，但駐軍不多，再往東就是曹操在兗州刺史部的中心城市鄄城，現在只有程昱率700人在那裡防守。
鑒於東部防守的薄弱，曹操不敢向東撤，但他也不敢輕易撤向南面的官渡，那樣正面的壓力太大，弄不好就容易被袁軍一鼓作氣來個中心突破。曹操做出了一項大膽決定，他親自率領白馬的人馬沿黃河向西撤，並且帶上所有輜重和白馬一帶的老百姓。
這有點兒出乎袁紹的意料，袁紹此時應該棄曹操不顧，直接向南進攻，那裡才是中心戰場。但袁紹新敗，心裡不服，有點兒置氣，正急於找到曹操本人打一仗，挽回白馬失利的面子，於是命令已渡過黃河的主力部隊，一部由郭圖率領駐守剛剛到手的白馬，另一部由文丑率領順著曹軍撤退的方向追擊。
劉備參加了追擊曹操的行動，雖然他的軍職很高，但這個行動應該以文丑為主，劉備和手下只是唱配角。劉備現在手裡多少有一些實力，但人馬不會太多，這是他投奔袁紹後的首次行動，袁紹可能鑒於劉備和曹操打過很多交道，對曹操比較瞭解，所以做出這樣的安排。
當然也可能是劉備主動請纓，關羽在陣前親斬顏良，這個情況瞞不住任何人，這讓劉備又喜又驚，喜的是知道了關羽的下落，驚的是此舉恐怕將加深袁紹對自己的疑慮，所以他主動請戰，表明自己和曹操勢不兩立的態度，打消袁紹的疑心。
文丑、劉備率部追上了曹操，地點在延津以南，當時袁軍都是騎兵，總兵力近6000人，而曹操的騎兵不到600人，形勢異常危險。
如果文丑和劉備此戰一舉生擒或者殺了曹操，後面的事就簡單了。那樣一來，袁紹就可以一鼓作氣打到許縣，今後的天下就真的姓袁了，文丑將一戰成名，劉備也將一雪前恥。
然而，結果卻不是這樣的。在以一比十的懸殊對比下，曹操居然打了一場漂亮的大勝仗。看到袁軍來了，曹操不慌不忙，居然有工夫命人紮了營，並派人登高偵察。不一會兒偵察兵向曹操報告：「敵兵來了，大概有五六百人！」曹操沒有動，讓其繼續觀察。過了一會兒，偵察兵又報告：「騎兵更多了，步兵不計其數！」曹操鎮定地說：「知道了，不用再報告了！」
曹操沒有下令撤退，反而下達了一個奇怪的命令，讓大家出營解鞍下馬，同時把從白馬帶來的輜重擺在道路上。隨行的將領們都認為敵人騎兵多，不如退到營寨裡堅守，待援軍到來。曹操胸有成竹，他把目光移向荀攸。荀攸早已會意，微微一笑：「這正可以作為誘餌，怎麼能撤呢？」
文丑、劉備率領的騎兵轉眼就殺到了，眾將都說該上馬了，曹操讓大家先別急。又過了一會兒，袁軍越來越多，看到路上的輜重，有一部分人開始忙著清理這些戰利品。
曹操命令大家：「可以了！」曹軍全部上馬，縱兵殺出。文丑、劉備沒有防備，大敗。此戰文丑被殺，袁軍沒戰死的大部分成了俘虜，劉備跑得快，僥倖逃脫。
從史書記載來看，此戰是曹操創造的一個如神話般的經典戰例，不僅以一抵十，而且打得從容不迫，在敵眾我寡的情況下，一開始就胸有成竹、穩操勝券，打得不慌不忙，相當從容，這極不容易。相比而言，文丑、劉備水平也太差了，文丑空負虛名，劉備也愧為一名老軍人，在優勢明顯的情況下被打得落花流水，打亂了袁紹的總體佈局，說他們最終影響到官渡決戰的勝敗也不過分。
但是，以區區600人能一舉打敗近6000人，並斬敵方主將於陣前，這又讓人十分不解，因為這違背了冷兵器時代戰爭的一些最基本常識。除非文丑暈了頭，除非劉備在戰場上睡著了，否則這樣的結果不會出現。
表面看曹操以輜重為誘餌使敵軍大亂是取勝的關鍵，但這只是一個方面，因為它改變不了雙方兵力懸殊的總體態勢。袁軍即使開始有些慌亂，但對一支訓練有素的勁旅而言，臨陣應變是基本能力，他們很快就可以組織起反擊，到那時兵力多寡才是勝負的決定因素。袁軍追擊而來，人數想必還在不斷增加， 6000人還不是它的全部，曹軍600人如果退到營寨裡固守待援，打敗敵人幾次進攻尚可理解，將敵兵全殲，並將沒有打死的敵兵全部俘虜那就有點兒天方夜譚了。
對於上面的疑問，史書沒有做出解釋，文丑、劉備就這麼稀里糊塗地敗了。不過，分析一下當時的情況，似乎可以看出一些問題來，關於此次延津之戰的記載有幾個問題值得思考：一是曹操為什麼非要向已經被敵兵佔領的延津方向撤退？二是為什麼曹操身邊只有600人？三是隨曹操撤退的輜重都在，而老百姓上哪裡去啦？
如果把這些問題聯繫在一起考慮，似乎可以看出曹操撤向延津是一個精心構思的計劃，帶上輜重和老百姓是這個計劃的重要部分，袁軍看到大批輜重於是下馬搶佔而沒有提防後面的曹軍，是因為輜重裡混雜著大量的老百姓，場面很混亂，像是趕大集，這為曹軍突然發起攻擊提供了最佳時機。所以做誘餌的不僅是這些輜重，還有老百姓。
這樣的場面十分複雜，袁軍再彪悍，也不能見到老百姓就剁，曹軍將士甚至可以混到老百姓裡，穿上老百姓的衣服，讓袁軍防不勝防。劉備目睹了這一切，想必留下了深刻印象。多年後，劉備被曹操追擊，為了脫身他也使出了這一招，用老百姓做掩護抵擋追兵。
在白馬向延津撤退的路上，曹操應該有時間進行兵力部署，調集周圍的部隊向預設的戰場機動。曹軍趁袁軍搶奪輜重突然發起攻擊時，投入的兵力絕不是600人，而要多得多，如果短時間內能全殲袁軍，人數恐怕也不比袁軍少。史書沒有這方面的詳細記載，因為它不便回答隨軍行進的老百姓在此戰中的作用，所以炮製出600人全殲近6000人，又臨陣斬殺名將文醜的神話。
當然曹操這項計劃也有很大風險，那就是袁紹變得聰明起來，他不向西追，而直接進軍正前方的官渡。但曹操對袁紹太瞭解了，他們自青年時代便相識、相惜，如今在戰場上相見，曹操知道心情高傲的袁紹首戰挫敗後急於報復的心情，所以只帶600人親自當誘餌，把袁軍主力吸引到延津一帶，集中優勢兵力迅速將其殲滅。
顏良、文丑都是河北名將，短短幾天內被曹軍打敗並戰死，極大地鼓舞了曹軍士氣，也深深震撼了袁軍士兵。