、高覽回到營寨後會揭露真相，於是在袁紹面前誣陷他們二人早有投降曹操之意。袁紹聽信讒言，大怒之下急召二人回營問罪。郭圖又派人提前告知二人袁紹的意圖，讓他們有所準備。當袁紹的使者到來時，高覽果斷拔劍斬殺使者，張合也大驚失色。高覽表示袁紹聽信讒言，必定會被曹操所擒，他們不能坐以待斃，於是二人決定投降曹操。

夏侯惇對張合、高覽的投降表示懷疑，但曹操卻認為應該以恩義相待，即使他們有異心也可以感化。於是曹操開啟營門迎接二人，並封他們為將軍。二人大喜過望，從此成為曹操的得力干將。

袁紹失去了許攸、張合、高覽等重要謀士和將領的支援，又失去了烏巢的糧草供應，軍心開始動搖。而曹操則乘勝追擊，採用荀攸的計策分兵兩路進攻袁紹的營寨。袁紹大驚之下急忙分兵迎戰但已經為時已晚。曹軍八路齊出直衝紹營袁軍潰不成軍四散奔逃。袁紹來不及穿戴盔甲只帶著幼子袁尚和八百餘名騎兵倉皇逃過河去。曹操的軍隊一路追殺斬獲了大量的戰利品和俘虜。

在清理戰利品時曹操發現了許多許都及軍中將士與袁紹暗通的書信。有人建議曹操按名單逐一查處並將這些人全部處死。但曹操卻認為在袁紹強大的時候他自己都不能自保更何況別人呢？於是他下令將這些書信全部焚燬不再追究此事。

袁紹兵敗逃亡的過程中沮授因為被囚禁而無法逃脫最終被曹軍俘獲。曹操一直很欣賞沮授的才華和忠誠他親自勸降沮授但遭到了堅決的拒絕。曹操雖然感到遺憾但仍然厚待沮授並將他留在軍中。然而沮授卻趁機在營中盜馬試圖逃回袁紹那裡。曹操得知後憤怒之下將沮授處死。沮授至死都保持著忠誠和堅定的神色讓曹操深感惋惜。他下令厚葬沮授並在黃河渡口建立墳墓紀念這位忠烈之士。

隨後曹操下令進攻冀州開始了對袁紹勢力的最後清算。