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曹操決定親自北上，解救白馬之圍。這時候，荀攸提出了不同意見，他認為袁紹兵多勢盛，不宜強攻，只能智取。荀攸建議先置白馬於不顧，主力開赴延津，這裡是黃河上最重要的渡口之一，給袁軍一種曹軍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移，袁軍被調動後，再迅速轉進白馬。
這個建議的冒險性有兩個方面，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。這兩種情況的結果都一樣：白馬丟失，曹軍大敗。
曹操認真考慮了荀攸的建議，他認為在敵強我弱的現實情況下，荀攸的建議值得嘗試，於是放棄親自馳援白馬的方案，轉而進軍延津。袁紹果然中招，將進攻白馬的一部分主力調往延津。
曹操看計策成功，便以張遼為主將組成一支輕騎兵，以閃電之勢急馳白馬。張遼領命，並請求讓關羽同行，曹操同意了。
關羽投降曹操後，與張遼、徐晃二人志趣相投，關係很好。他們三個人都是從敵方陣營歸降的，也許因為有共同的經歷，更容易談得來。曹操很欣賞關羽（壯羽為人），但是發現關羽好像沒有久留的打算，就讓張遼去摸摸關羽的底。
張遼說明意圖，關羽嘆道：“我知道曹公厚待我，然而我受劉將軍厚恩，誓以共死，不可能背叛他。我不會永遠留在這裡，但我會報答曹公以後再走。”張遼把關羽的話如實轉告曹操，曹操沒有生氣，反而覺得關羽很有義氣。
據《傅子》一書說，關羽對張遼講了那一番話後，張遼心裡犯了嘀咕，原話轉告，怕曹操生氣殺了關羽，不如實轉告，又覺得對不起曹操對自己的信任。最後張遼還是如實說了。
在白馬前線的顏良，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。
關羽力斬顏良，兌現了當初的承諾，曹操預感到關羽有可能走，立即對關羽給予厚賞，想留住他。但關羽去意已定，他把曹操賞賜給自己的東西全部封存起來，留下一封信，離開曹營找劉備去了。曹操手下人想追趕，曹操說：“他也是各為其主，不要追了。”
關羽在後世很受追捧，被稱為武聖，其實不是因為他的勇猛，而是由於他的為人做事。關羽的為人在此事上表現得很突出：不為利所動，所有的事都以義為先，做事很講究，即使離開，也讓人挑不出理來。
劉備此時已投靠袁紹，關羽剛殺了人家的大將，袁紹那邊恐怕正給顏良開追悼會呢，關羽偏偏敢在此時投奔。這就是關羽，心裡只想著義，其它的一概不多想。袁紹對跑過來的關羽既恨又愛，最後還是沒說什麼。
在關羽重新回到劉備身邊之前，一直在公孫瓚手下效力、公孫瓚失敗後下落不明的趙雲聽說劉備在袁紹這裡，也專程來投奔。劉備客居在袁紹這裡，手下的主要武將張飛、關羽、趙雲總算聚齊了。
曹操雖然解了白馬之圍，但自知袁紹的大軍隨後便到，於是決定從白馬撤軍。袁紹果然指揮主力渡河，對此沮授又表示了不同看法。
據《獻帝傳》記載，沮授建議不管白馬，拿下已經唾手可得的延津，憑藉這裡的渡口優勢，將主力源源不斷運過黃河，之後鞏固延津，使其作為一個戰略支撐點，進可以直取許縣，退可以從容撤回黃河以北。
沮授的話袁紹特別不愛聽，在袁紹看來此行壓根沒有戰敗撤回這樣的選項。同時，首戰即在白馬挫敗讓袁紹大失面子，在哪裡跌倒就要從哪裡爬起來，袁紹非拿下白馬找回面子不可。
沮授站在黃河邊上嘆息說：“黃河啊黃河，我知道這一去就回不來了（悠悠黃河，吾其不反乎）！”於是以身體原因請辭。袁紹很生氣，把沮授所部交由郭圖來統率。
曹操料定袁紹會命主力來攻白馬，他下令白馬軍民全部隨軍撤離，但向哪個方向撤退卻讓他頗費思量。
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，此時還在曹軍手中。再往東就是曹操在兗州刺史部的中心城市鄄城。
防守鄄城的是程昱，手下只有七百人。為了保證中路的安全，曹軍分散在各地的人馬已經儘可能地都抽調到中線。戰役開始前，曹操想給鄄城增派兩千人，程昱不同意，他說：“袁紹有十萬之眾，自以為所向無敵。現在看到鄄城的兵少，必然輕易不來進攻。如果增加人馬，他們就會認為不能不攻。”
程昱建議不要管
