联军解散后，袁绍开始为自己谋划未来。他知道要想在乱世中立足，必须有自己的地盘。当时的冀州牧韩馥是袁绍的老熟人，而且性格懦弱，袁绍就想夺取冀州。他先是派人说服韩馥，让韩馥把冀州让给自己，韩馥一开始不同意，可后来被袁绍的势力吓得没办法，只能把冀州牧的位置让给了袁绍。

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袁绍接管冀州后，立刻开始扩张势力。他任命田丰、沮授、审配等人为谋士，招募了大量的人才；又任命颜良、文丑为大将，训练军队，增强实力。当时冀州一带还有很多割据势力，比如公孙瓒、张燕等人，袁绍花了几年时间，先后打败了这些势力，占据了冀州、青州、幽州、并州四个州（相当于现在的河北、山东、山西、辽宁等省份），成为了当时势力最大的军阀，被称为河北霸主。

袁绍占据河北后，实力达到了顶峰——他有几十万大军，手下有田丰、沮授这样的顶级谋士，有颜良、文丑这样的猛将，还有广袤的土地和充足的粮食，完全有能力统一天下。当时很多人都觉得，袁绍会是最后统一天下的人，就连曹操都得对他客客气气的。

不过袁绍也有自己的烦恼：他有三个儿子，袁谭、袁熙、袁尚，这三个儿子都想继承他的家业，互相明争暗斗。袁绍的谋士们也分成了两派，一派支持袁谭，一派支持袁尚，内部矛盾越来越深。沮授等人多次劝袁绍早点确定继承人，解决内部矛盾，可袁绍优柔寡断，一直没下定决心，这也为他后来的失败埋下了伏笔。

公元200年，袁绍觉得自己的实力足够强大了，就决定率军攻打曹操，夺取中原地区。当时曹操占据了兖州、豫州等地，实力比袁绍弱很多，很多人都觉得曹操肯定会输。袁绍手下的谋士田丰劝他：曹操虽然实力弱，但他很会打仗，而且手下的军队纪律严明，咱们不能轻敌。不如先坚守不出，跟曹操打持久战，慢慢消耗他的实力，等他粮草耗尽了，再趁机攻打他。

可袁绍觉得田丰的主意太保守，他觉得自己人多势众，只要一鼓作气，就能打败曹操。他不仅拒绝了田丰的建议，还因为田丰多次劝他，把田丰关进了监狱。然后，袁绍率领十万大军，浩浩荡荡地向曹操的根据地官渡（今河南中牟东北）进发，官渡之战正式爆发。

一开始，袁绍的军队占据了优势。他派颜良率军攻打白马（今河南滑县东北），曹操亲自率军去救白马。曹操知道颜良勇猛，就采用了谋士荀攸的计策，假装要攻打袁绍的后方，引诱颜良分兵，然后派关羽率军突袭颜良的军队。关羽在万军之中斩杀了颜良，袁军大乱，曹操趁机率军打败了袁军，解了白马之围。

袁绍听说颜良被杀，气得火冒三丈，又派文丑率军去追击曹操。曹操知道文丑也是一员猛将，就故意把粮草和武器丢在路边，引诱袁军抢夺。袁军士兵看到粮草和武器，都争先恐后地去抢，乱作一团。曹操趁机率军发起进攻，杀了文丑，又一次打败了袁军。

连续损失了颜良、文丑两员大将，袁军的士气受到了很大的打击，可袁绍依然没有醒悟，他还是觉得自己人多势众，能打败曹操。他率军继续向官渡推进，跟曹操的军队对峙了几个月。曹操的军队粮草越来越少，士兵们也很疲惫，很多人都想投降袁绍，曹操甚至都想放弃官渡，退回许昌。

就在曹操快要坚持不下去的时候，袁绍手下的谋士许攸因为跟袁绍闹矛盾，背叛了袁绍，投靠了曹操。许攸给曹操带来了一个重要的消息：袁绍的粮草都囤积在乌巢（今河南封丘西），而且防守很薄弱，只要派人去烧掉袁绍的粮草，袁军就会不战自溃。

曹操一听，大喜过望，立刻亲自率领五千精兵，冒充袁军，连夜赶往乌巢。曹操的军队到达乌巢后，立刻放火烧粮，袁军的粮草瞬间变成了火海。袁绍听说乌巢被烧，不仅没有派大军去救乌巢，反而觉得这是攻打曹操大营的好机会，他派张合、高览率军去攻打曹操的大营，结果被曹操的守军打得大败。

张合、高览一看袁绍大势已去，就率军投降了曹操。袁军听说粮草被烧，又失去了张合、高览两员大将，顿时军心大乱，士兵们纷纷逃跑。曹操趁机率军发起总攻，袁军大败，十万大军只剩下几千人，袁绍带着残余的士兵逃回了河北。官渡之战以曹操的胜利、袁绍的失败而告终。

官渡之战失败后，袁绍的实力受到了严重的打击，他手下的很多谋士和将领都投降了曹操，各地的割据势力也趁机反叛，袁绍陷入了内忧外患的困境。更让袁绍伤心的是，他的三个儿子袁谭、袁熙、袁尚不仅没有团结一致，反而因为争夺继承权，互相攻打起来，把河北搞得鸡犬不宁。

袁绍看着自己一手建立的河北霸业渐渐崩塌，又想到自己曾经的辉煌，心里又气又急，很快就病倒了。公元202年，袁绍在邺城（今河北临漳西南）病逝，享年四十六岁。袁绍死后，他的三个儿子继续互相攻打，曹操趁机率军北上，先后打败了袁谭、袁熙、袁尚，夺取了河北四州，彻底消灭了袁家的势力。