援兵抵达乌巢时，曹操正对淳于琼大营发动猛攻，淳于琼眼看就要招架不住，突然看到援兵到来，心中一喜。这时曹操部将远远望见袁绍骑兵出现，便说：“敌人的援兵近了，请分出一部分兵力阻击。”曹操置之不理，答道：“等敌人到了身后再说。”曹军上下都明白，此役若不胜，势必面临覆没的危险，故而均殊死搏战。
袁绍援兵兵力不够，无法分担淳于琼的压力。曹军终于攻破敌营，淳于琼战死，一万车粮食被放火烧光，还有千余人被俘虏。曹操并不是人道主义者，他把俘虏的鼻子割下来，把俘获的牛马唇舌割下来，然后放了回去。袁军看到后，无不胆裂心惊。
两次偷袭粮食得手，袁绍完蛋了。
试想，一支数万人的大军，若没有粮食吃，谈什么打仗呢？
更要命的是，袁绍内部再起内讧。
偷袭曹营失手后，力主进攻的郭图不免十分尴尬，可是他不是自我检讨，而是把失利的原因归于张郃、高览两位前线将领。郭图在袁绍面前进谗道：“张郃听说失败的消息，面有喜色。”张郃本来对袁绍、郭图未能听自己的劝谏就十分不满，如今得悉郭图陷害自己，更加愤怒。他与高览商量，袁绍就是个庸俗之辈罢了，索性反了，投靠曹操去。两人把攻城器械全烧掉，率部到曹军营前请求归降。此时曹操尚未返回，曹仁担心这是敌人诈降的伎俩，不敢开门受降。荀攸说：“袁绍不听张郃的计谋，他一怒之下才前来投降，你还怀疑什么呢？”于是曹仁打开辕门纳降。