郭图担心张合、高览回到营寨后会揭露真相，于是在袁绍面前诬陷他们二人早有投降曹操之意。袁绍听信谗言，大怒之下急召二人回营问罪。郭图又派人提前告知二人袁绍的意图，让他们有所准备。当袁绍的使者到来时，高览果断拔剑斩杀使者，张合也大惊失色。高览表示袁绍听信谗言，必定会被曹操所擒，他们不能坐以待毙，于是二人决定投降曹操。
夏侯惇对张合、高览的投降表示怀疑，但曹操却认为应该以恩义相待，即使他们有异心也可以感化。于是曹操打开营门迎接二人，并封他们为将军。二人大喜过望，从此成为曹操的得力干将。
袁绍失去了许攸、张合、高览等重要谋士和将领的支持，又失去了乌巢的粮草供应，军心开始动摇。而曹操则乘胜追击，采用荀攸的计策分兵两路进攻袁绍的营寨。袁绍大惊之下急忙分兵迎战但已经为时已晚。曹军八路齐出直冲绍营袁军溃不成军四散奔逃。袁绍来不及穿戴盔甲只带着幼子袁尚和八百余名骑兵仓皇逃过河去。曹操的军队一路追杀斩获了大量的战利品和俘虏。
在清理战利品时曹操发现了许多许都及军中将士与袁绍暗通的书信。有人建议曹操按名单逐一查处并将这些人全部处死。但曹操却认为在袁绍强大的时候他自己都不能自保更何况别人呢？于是他下令将这些书信全部焚毁不再追究此事。
袁绍兵败逃亡的过程中沮授因为被囚禁而无法逃脱最终被曹军俘获。曹操一直很欣赏沮授的才华和忠诚他亲自劝降沮授但遭到了坚决的拒绝。曹操虽然感到遗憾但仍然厚待沮授并将他留在军中。然而沮授却趁机在营中盗马试图逃回袁绍那里。曹操得知后愤怒之下将沮授处死。沮授至死都保持着忠诚和坚定的神色让曹操深感惋惜。他下令厚葬沮授并在黄河渡口建立坟墓纪念这位忠烈之士。
随后曹操下令进攻冀州开始了对袁绍势力的最后清算。
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