在白马前线的颜良，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。
关羽力斩颜良，兑现了当初的承诺，曹操预感到关羽有可能走，立即对关羽给予厚赏，想留住他。但关羽去意已定，他把曹操赏赐给自己的东西全部封存起来，留下一封信，离开曹营找刘备去了。曹操手下人想追赶，曹操说：“他也是各为其主，不要追了。”
关羽在后世很受追捧，被称为武圣，其实不是因为他的勇猛，而是由于他的为人做事。关羽的为人在此事上表现得很突出：不为利所动，所有的事都以义为先，做事很讲究，即使离开，也让人挑不出理来。
刘备此时已投靠袁绍，关羽刚杀了人家的大将，袁绍那边恐怕正给颜良开追悼会呢，关羽偏偏敢在此时投奔。这就是关羽，心里只想着义，其它的一概不多想。袁绍对跑过来的关羽既恨又爱，最后还是没说什么。
在关羽重新回到刘备身边之前，一直在公孙瓒手下效力、公孙瓒失败后下落不明的赵云听说刘备在袁绍这里，也专程来投奔。刘备客居在袁绍这里，手下的主要武将张飞、关羽、赵云总算聚齐了。
曹操虽然解了白马之围，但自知袁绍的大军随后便到，于是决定从白马撤军。袁绍果然指挥主力渡河，对此沮授又表示了不同看法。
据《献帝传》记载，沮授建议不管白马，拿下已经唾手可得的延津，凭借这里的渡口优势，将主力源源不断运过黄河，之后巩固延津，使其作为一个战略支撑点，进可以直取许县，退可以从容撤回黄河以北。
沮授的话袁绍特别不爱听，在袁绍看来此行压根没有战败撤回这样的选项。同时，首战即在白马挫败让袁绍大失面子，在哪里跌倒就要从哪里爬起来，袁绍非拿下白马找回面子不可。
沮授站在黄河边上叹息说：“黄河啊黄河，我知道这一去就回不来了（悠悠黄河，吾其不反乎）！”于是以身体原因请辞。袁绍很生气，把沮授所部交由郭图来统率。
曹操料定袁绍会命主力来攻白马，他下令白马军民全部随军撤离，但向哪个方向撤退却让他颇费思量。
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，此时还在曹军手中。再往东就是曹操在兖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。为了保证中路的安全，曹军分散在各地的人马已经尽可能地都抽调到中线。战役开始前，曹操想给鄄城增派两千人，程昱不同意，他说：“袁绍有十万之众，自以为所向无敌。现在看到鄄城的兵少，必然轻易不来进攻。如果增加人马，他们就会认为不能不攻。”
程昱建议不要管鄄城，曹操接受了这个建议。袁绍听说鄄城没有多少人马，果然放弃对这里的进攻。事后曹操对程昱的胆识和准确判断大加赞赏，曾经对贾诩说：“程昱的胆识真胜过古人！”
程昱的建议似乎没错，从保全鄄城来看，示弱也是一种战术，类似于空城计，鄄城得以保全，多亏了没有增兵。
但从全局战略考虑，袁绍如果分兵来攻鄄城，也会减轻中路主战场的压力，通常攻城的一方会数倍于守城的一方，袁绍不攻鄄城，更可以集中优势兵力决战主战场，程昱的想法也算有得有失吧。
现在，鉴于东部防守的薄弱，曹操不可能向东撤退，但也不能轻易撤往官渡的第三道防线，所以曹操做出了一个大胆的决定：沿黄河向西撤，并且带上白马的所有辎重和百姓。
沿黄河向西就是延津，这里刚被袁绍占领，曹操向西撤退，出乎袁绍的意料。袁绍此时的战略应该是弃曹操于不顾，直接向南进攻，这里才是中心战场。但袁绍急于找曹操本人打一仗，找回失去的面子，于是将已渡过黄河的主力部队分为两队，一部分由郭图率领守白马，一部人由文丑、刘备率领顺着曹军撤退的方向追击。
袁军追到延津之南，在这里遇到了曹操亲自率领的部队。此时袁军的兵力大约有五六千人，而曹操只有六百人，形势十分危险。但即便是这样，曹操仍然打了一场漂亮的胜仗。
《三国志武帝纪》对此战的记载是：曹操已经扎了营，听说袁军杀来，让人登上高处侦察。不一会侦察员报告：“敌兵来了，大概有五六百人！”曹操没有动。过了一会儿，侦察兵又报告：“骑兵更多了，步兵不计其数。”曹操说：“别再说了！”
面对十倍于己的敌人，曹操没有下令撤退，反而下达了一道奇怪的命令，他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。
曹操把目光移向他的副参谋长荀攸，荀攸微微一笑说：“这正可以作为诱饵，怎么能撤呢？”荀攸说出了曹操心里的秘密。
敌兵眼看快到了，诸将都说该上马了，曹操说：“别急。”又过了一会儿，敌人的骑兵越来越多，看到路上的辎重，有一部分人开始忙着清理这些战利品