刘延领命，在咬牙坚持一个多月后，所部死伤很多，已委实难以支撑。此时见袁绍尚未在其它方面有大举进攻的迹象，曹操这才下决心北救刘延，为白马解围。
还有人比你更勇
如果曹操直接发救兵，兵力数量上仍不及颜良部，与之正面交锋的胜率恐怕不会很高，也未必能救白马之急。官渡大战期间，曹操在前线不仅集结精兵，而且集中了除荀彧外的所有著名谋士，以及除夏侯惇（与荀彧一样留守后方）外的所有名将。最善于临阵应变的谋士荀攸、郭嘉、贾诩等，其时均在曹操身边随军参谋，荀攸建议声东击西，分散颜良的兵力和注意力，然后再乘其不备，突袭白马。
曹操接受荀攸的计策，亲自引兵向延津进发，作出要从延津方向北渡，袭击袁绍后方的姿态。颜良闻报，不知是计，果然分出一部分主力部队向延津移动，与此同时，他以为曹军不会向白马派援，也不由自主地放松了戒备。
袁军一上当，曹操立即率轻骑调头向东，直趋白马。颜良疏于防范，在曹军距离白马十余里时，才发现他们，不由大惊失色，但已来不及将派出的部队调回，只得以现有兵力仓促应战。
颜良是河北有名的勇将，但你勇，还有人比你更勇。曹操现在帐下就有一个，这就是关羽。曹操有爱才的癖好，关羽刚刚投降时，他就对关羽的勇武和人品非常欣赏，想把他留下来为己所用，故而予以厚待，任命其为偏将军。
问题在于，关羽更离不开的是他的主公刘备，投降曹操对他来说只是暂时的无奈之举。曹操看出关羽没有想长久留下来的意思，就让张辽前去进行劝说。
张辽原为吕布的部下，当年在徐州时，就和关羽有着不错的私交。听张辽说完来意，关羽也不隐瞒，说我知道曹公对我好，可是我受刘将军（刘备）深恩，誓同生死，无论如何也不能背离他。
关羽表示，有一天他终究要离开曹营，不过在此之前，他一定会找机会报效。张辽听后颇有些为难，关羽向他说的这些话，若如实向曹操报告吧，就怕曹操盛怒之下，对关羽动杀机，不如实报告吧，又违背事君之道，辜负曹操对他本人的器重。
“曹公，是君父，云长（关羽字云长），是兄弟，还是得君父为先！”想来想去，张辽还是决定向曹操如实报告。
让张辽感到意外的是，曹操不仅没有生气，反而还认为关羽很有义气，他用赞叹的语气对张辽说：“事君不忘其本，关云长真是一个难得的义士！你估计他什么时候会离去呢？”
张辽喜出望外，赶紧答道：“关云长受主公厚恩，必定在报效主公之后才会离去。”
曹操知道或许不能长久留住关羽，但即便关羽肯短期内做他的部将，他也是能接受的，于是此次袭击白马，便以张辽、关羽为先锋。关羽本身的武勇就出类拔萃，因急于报效曹操，更是不顾生死，抢在张辽前面，率骑兵向袁军猛冲过去。
由于袁军骑兵大部已前往延津，留在白马的袁军只能以攻城的步兵为主。关羽有冲击步兵军阵的经验，在他看到袁军的战车麾盖时，便认定颜良就在那里，当即驱马冲入袁军队列。
步兵军阵依靠严格的纪律和指挥者的良好调度，并非不能抵御和对抗骑兵的冲击，但因为准备不足，颜良部却已不具备这些条件，关羽于万敌丛中冲杀，如入无人之境，袁军原本密集的队列立刻被冲开了口子。
与后世演义不同，关羽所用兵器不是什么青龙偃月刀，而是当时骑兵最常用的长矛。说时迟，那时快，关羽纵马持矛，风驰电掣，飞一般地冲到颜良跟前，颜良尚未反应过来，已被其刺死于马下。
关羽随即跳下马来，用佩刀割下颜良的首级，然后再骑马返回本军阵中。袁军被他的气势所吓倒，从始至终，没有人敢上前阻拦。曹操见状，乘势率部掩杀，袁军大乱，纷纷溃逃，白马之围遂解。
曹操的个性与袁绍完全不同。袁绍喜好虚名，爱听吹捧，热衷于“势不可挡，所向披靡”，“战无不胜，攻无不克”之类的大话，曹操则对此避而远之，在他的计划中，黄河防线本来就不是主防线，能够达到削弱敌人以及试探其实力的效果，就可以打满分了。
估计到袁军总的实力仍在己方之上，只要袁绍卷土重来，白马、延津仍旧很难守住，曹操决定放弃这两个要点，退守官渡。为此，他下令将部队及其辎重从白马、延津撤出，同时为了不让袁绍在当地获得物资和人力的补给，将城中的老百姓也一并迁徙至后方。