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邺县与许县两地间直线距离约500里，中间隔着黄河、汴水等河流，沿线有黎阳、白马、延津、官渡等战略要地。
为迎击敌人的进攻，曹操沿着这条中轴线安排了三道防线：第一道防线是黄河以北的黎阳，即今河南省浚县；第二道防线是黄河南岸的白马、延津，即今河南省滑县到延津县一带；第三道防线是官渡。
前两道防线目的是迟滞敌人的进攻，挫败其锐气，而曹军主力都收缩在官渡一带。在第一道防线黎阳，曹军只有一小部分人马；在第二道防线上，守延津的是于禁，手里也只有2000人，守白马的是东郡太守刘延，人马也不多。
建安五年（200）2月，袁军兵指黎阳，曹军稍作抵抗后迅速撤到黄河以南。袁绍占领黎阳，暂时以此为基地进行休整，进一步集结部队，同时派部将颜良为先遣军，渡过黄河攻击南岸的军事要地白马，但是这项决定却遭到了沮授的反对：“颜良这个人生性偏狭，虽然骁勇，但不能独立担当大任。”
颜良的情况不详，却很有威名，当时在军中的地位和名望远远超过关羽、张飞等人。袁绍曾经对沮授很倚重，几乎言听计从，可这次却不接受沮授的建议。沮授现在以奋威将军的名义任监军，相当于袁绍的军长兼兵团司令，论军职是袁军中最高的。但这次南征，沮授、田丰等本土派很有意见，惹得袁绍不高兴，前几天还把极力反对南征的田丰下了狱。
仗还没打起来，身居要职的沮授已经到处散播“亡国论”，袁绍十分厌恶，沮授在冀州的影响力让袁绍不至于立即有所发难，但对沮授的信任大为降低。所以，当沮授对于重要的人事安排再指手画脚之时，袁绍出于对沮授渐渐生出的反感，想都没想就驳回了。
袁绍一生气，做出了一项决定，把沮授的监军之权一分为三，分别由沮授、郭图和老将淳于琼担任。这是一项重要的人事调整，和临阵换帅差不多，是兵家大忌。
4月，颜良率部渡过黄河，直指白马。
曹操决定亲自北上解救白马之围，军师荀攸提出了不同意见：“现在我们兵力不足，敌不过袁绍，只有分散他们的兵力才能取胜。您到延津，做出要渡过黄河袭击他们的样子，袁绍必然调集重兵前来应战，然后我们再轻兵疾进去取白马，掩其不备，颜良可擒！”
荀攸的意思是先置白马于不顾，把主力开赴延津，这是黄河上重要的渡口之一，给袁军一种要从这里渡河包抄黎阳的架势，诱使袁军主力向延津对岸一带转进，袁军被调动后，再迅速出击白马。这个计划具有一定的冒险性，一是袁绍看破曹军的企图，不分兵西进；二是袁军虽然分兵，但他们兵力足够多，既能迎击延津之敌，又能加强白马的攻势。
如果上面两种情况出现，对曹军来说结果都是白马丢失，曹军大败。但是曹操认真考虑了荀攸的建议，他肯定也看到了敌强我弱的现实情况，在这种情况下如果中规中矩地跟敌人打正面战，肯定会处于下风。用兵之法，奇正相辅，尤其在被动的情况下，出奇才能制胜。
曹操接受了荀攸的建议，放弃驰援白马的方案，而是亲自率一支人马向延津方向开来。袁绍果然中招，将进攻白马的一部分人马调往延津。曹操看到计策成功，命张辽为主将，率一支轻骑兵疾驰白马。张辽领命，请求让关羽同行，曹操同意。
白马前线，颜良一直以为主战场在百余里之外的延津，没有想到突然有一支劲旅向自己杀来，仓促应战，结果打了败仗。此战关羽立下大功，亲斩敌方主将颜良。
曹军虽然取得白马大捷，但曹操深知袁绍依然强大，所以不敢冒进，而是命令张辽、关羽等部迅速回防，准备迎接袁军的下一轮进攻。
袁绍丢了面子，盛怒之下命令主力立即渡河，此举又遭到沮授的反对，沮授认为：“曹军不仅人数不如我们，而且他们的后勤保障也不如我们。敌人想急战，而缓战对我们更有利。正确的做法应该是打持久战，把战事拖长。”沮授的建议有一定道理，打仗不仅拼人马数量，还要拼经济实力，有北方四个州做后盾，袁绍的经济实力是曹操所不能比的。
但袁绍的耐心已经用完，毫不客气地把沮授的意见驳回。
沮授当即以健康为由请求辞职，袁绍批准，把沮授所部交由郭图统率。曹操知道袁军下一个进攻的目标将是白马，于是下令白马军民全部随军撤离，但向哪个方向撤却颇费思量。白马属兖州刺史部的东郡，沿黄河向东不远就是另一个军事要地濮阳，此时它还在曹军手中，但驻军不多，再往东就是曹操在兖州刺史部的中心城市鄄城，现在只有程昱率700人在那里防守。
鉴于东部防守的薄弱，曹操不敢向东撤，但他也不敢轻易撤向南面的官渡，那样正面的压力太大，弄不好就容易被袁军一鼓作气来个中心突破。曹操做出了一项大胆决定，他亲自率领白马的人马沿黄河向西撤，并且带上所有辎重和白马一带的老百姓。
这有点儿出乎袁绍的意料，袁绍此时应该弃曹操不顾，直接向南进攻，那里才是中心战场。但袁绍新败，心里不服，有点儿置气，正急于找到曹操本人打一仗，挽回白马失利的面子，于是命令已渡过黄河的主力部队，一部由郭图率领驻守刚刚到手的白马，另一部由文丑率领顺着曹军撤退的方向追击。
刘备参加了追击曹操的行动，虽然他的军职很高，但这个行动应该以文丑为主，刘备和手下只是唱配角。刘备现在手里多少有一些实力，但人马不会太多，这是他投奔袁绍后的首次行动，袁绍可能鉴于刘备和曹操打过很多交道，对曹操比较了解，所以做出这样的安排。
当然也可能是刘备主动请缨，关羽在阵前亲斩颜良，这个情况瞒不住任何人，这让刘备又喜又惊，喜的是知道了关羽的下落，惊的是此举恐怕将加深袁绍对自己的疑虑，所以他主动请战，表明自己和曹操势不两立的态度，打消袁绍的疑心。
文丑、刘备率部追上了曹操，地点在延津以南，当时袁军都是骑兵，总兵力近6000人，而曹操的骑兵不到600人，形势异常危险。
如果文丑和刘备此战一举生擒或者杀了曹操，后面的事就简单了。那样一来，袁绍就可以一鼓作气打到许县，今后的天下就真的姓袁了，文丑将一战成名，刘备也将一雪前耻。
然而，结果却不是这样的。在以一比十的悬殊对比下，曹操居然打了一场漂亮的大胜仗。看到袁军来了，曹操不慌不忙，居然有工夫命人扎了营，并派人登高侦察。不一会儿侦察兵向曹操报告：“敌兵来了，大概有五六百人！”曹操没有动，让其继续观察。过了一会儿，侦察兵又报告：“骑兵更多了，步兵不计其数！”曹操镇定地说：“知道了，不用再报告了！”
曹操没有下令撤退，反而下达了一个奇怪的命令，让大家出营解鞍下马，同时把从白马带来的辎重摆在道路上。随行的将领们都认为敌人骑兵多，不如退到营寨里坚守，待援军到来。曹操胸有成竹，他把目光移向荀攸。荀攸早已会意，微微一笑：“这正可以作为诱饵，怎么能撤呢？”
文丑、刘备率领的骑兵转眼就杀到了，众将都说该上马了，曹操让大家先别急。又过了一会儿，袁军越来越多，看到路上的辎重，有一部分人开始忙着清理这些战利品。
曹操命令大家：“可以了！”曹军全部上马，纵兵杀出。文丑、刘备没有防备，大败。此战文丑被杀，袁军没战死的大部分成了俘虏，刘备跑得快，侥幸逃脱。
从史书记载来看，此战是曹操创造的一个如神话般的经典战例，不仅以一抵十，而且打得从容不迫，在敌众我寡的情况下，一开始就胸有成竹、稳操胜券，打得不慌不忙，相当从容，这极不容易。相比而言，文丑、刘备水平也太差了，文丑空负虚名，刘备也愧为一名老军人，在优势明显的情况下被打得落花流水，打乱了袁绍的总体布局，说他们最终影响到官渡决战的胜败也不过分。
但是，以区区600人能一举打败近6000人，并斩敌方主将于阵前，这又让人十分不解，因为这违背了冷兵器时代战争的一些最基本常识。除非文丑晕了头，除非刘备在战场上睡着了，否则这样的结果不会出现。
表面看曹操以辎重为诱饵使敌军大乱是取胜的关键，但这只是一个方面，因为它改变不了双方兵力悬殊的总体态势。袁军即使开始有些慌乱，但对一支训练有素的劲旅而言，临阵应变是基本能力，他们很快就可以组织起反击，到那时兵力多寡才是胜负的决定因素。袁军追击而来，人数想必还在不断增加，6000人还不是它的全部，曹军600人如果退到营寨里固守待援，打败敌人几次进攻尚可理解，将敌兵全歼，并将没有打死的敌兵全部俘虏那就有点儿天方夜谭了。
对于上面的疑问，史书没有做出解释，文丑、刘备就这么稀里糊涂地败了。不过，分析一下当时的情况，似乎可以看出一些问题来，关于此次延津之战的记载有几个问题值得思考：一是曹操为什么非要向已经被敌兵占领的延津方向撤退？二是为什么曹操身边只有600人？三是随曹操撤退的辎重都在，而老百姓上哪里去啦？
如果把这些问题联系在一起考虑，似乎可以看出曹操撤向延津是一个精心构思的计划，带上辎重和老百姓是这个计划的重要部分，袁军看到大批辎重于是下马抢占而没有提防后面的曹军，是因为辎重里混杂着大量的老百姓，场面很混乱，像是赶大集，这为曹军突然发起攻击提供了最佳时机。所以做诱饵的不仅是这些辎重，还有老百姓。
这样的场面十分复杂，袁军再彪悍，也不能见到老百姓就剁，曹军将士甚至可以混到老百姓里，穿上老百姓的衣服，让袁军防不胜防。刘备目睹了这一切，想必留下了深刻印象。多年后，刘备被曹操追击，为了脱身他也使出了这一招，用老百姓做掩护抵挡追兵。
在白马向延津撤退的路上，曹操应该有时间进行兵力部署，调集周围的部队向预设的战场机动。曹军趁袁军抢夺辎重突然发起攻击时，投入的兵力绝不是600人，而要多得多，如果短时间内能全歼袁军，人数恐怕也不比袁军少。史书没有这方面的详细记载，因为它不便回答随军行进的老百姓在此战中的作用，所以炮制出600人全歼近6000人，又临阵斩杀名将文丑的神话。
当然曹操这项计划也有很大风险，那就是袁绍变得聪明起来，他不向西追，而直接进军正前方的官渡。但曹操对袁绍太了解了，他们自青年时代便相识、相惜，如今在战场上相见，曹操知道心情高傲的袁绍首战挫败后急于报复的心情，所以只带600人亲自当诱饵，把袁军主力吸引到延津一带，集中优势兵力迅速将其歼灭。
颜良、文丑都是河北名将，短短几天内被曹军打败并战死，极大地鼓舞了曹军士气，也深深震撼了袁军士兵。