曹操一路烧杀劫掠，向彭城进发，并颁布飞檄：凡城池被围之后而降者，破城之日，也即屠城之时，无论老幼，格杀勿论。徐州百姓莫不胆战心惊，而现在的曹操，犹如那地狱的魔鬼，带走了一个又一个无辜百姓的性命。
陶谦无奈，只得尽起徐州主力，开向彭城，为救徐州百姓，只有在彭城与曹军作殊死一搏了。曹操闻听军报，不禁大喜，能在彭城解决了陶谦，一来青州军有食，二来又避免了徐州攻坚，实是送上门来的大好事，于是便尽起十万青州大军，直趋彭城。而现在的陶谦有两种作战方案可以选择，一是凭借彭城的城墙高大坚固，军粮充足，依城固守，曹军人多势众必乏粮，只要能顶住曹操的前几轮攻势，可以说战争即胜利在望，待曹军无粮被迫退军之时，徐州大军出动掩杀，必可稳操胜券；二是依托彭城为后据，大军屯于城外，以逸待劳，等曹军疲师远来立足未稳之时，及时出动对其实施打击，此方案胜负当在两可之间，好处是就算不胜还可以退守彭城，继续执行第一方案。陶谦犹豫再三，还是选择了方案二，理由很简单，就算彭城能守住，城外的老百姓怎么办？若全部撤进城内，万一城破，彭城便成血海。于是陶谦紧急疏散彭城中及四乡百姓，大部动员逃往郯城，并且派了军队车仗沿途护送。
曹操到达彭城时，陶谦已尽率徐州军全部主力在城外列阵以待，未等青州军前锋回过神来，便全线出击，摆明了一付拼命的架势。曹操的前军猝不及防，竟被徐州大军一下冲乱，片刻间便被分割包围，围住曹军的徐州军将士，早已风闻此次来犯的曹军军纪极为败坏，抢杀奸掠，无所不为，现在到了替本州百姓报仇之时，岂不人人奋勇、个个争先！片刻间便如同砍瓜切菜一般，将曹军的前锋部队一戮而尽，领军的曹仁拼死杀出一条血路，逃往后方。
陶谦看到自己的部队初战得手，心中大喜，原来闻名天下的曹操不过如此，随即挥动令旗，出动了后续部队。徐州军士气大振，曹操的青州军毕竟长途跋涉，立足未稳，一时难以抵挡徐州军的锐气，只得且战且退，弄得主力大队的阵型也一时零乱。曹操闻报，率中军精锐赶上前来，欲要稳住阵脚，却见曹仁单人独马，衣甲零乱，浑身是血，逃进了青州军的主力大队阵中。而陶谦指挥着徐州军不依不饶，竟直追了上来，紧随着鼠窜的曹仁扑向了青州军的主力大队，致使青徐二军在没有任何准备的情况下陷入了混战之局。一切都出乎了两军主帅的预料：陶谦没想到胜敌人前军是这么干净利落；曹操没想到陶谦会来这么一手，徐州军竟然能困兽犹斗。
曹操久经战阵，看见徐州军迎面扑来的架势也不禁暗暗心惊，一个个血红着眼，不顾伤亡，直向前扑，就好像谁杀了他老子娘似的。可不是吗？参战的徐州军士兵，大多都有自己的亲属、亲戚伤亡于曹军之手。正是仇人相见，分外眼红！
战场上的曹操永远是冷静的，他一面发出一道道命令，派出陆续赶到的生力军投入混战的战场，一面估计着对方的凶猛攻势还能持续多久：看似无穷无尽，攻势如同浪潮，一波接一波，一轮比一轮汹涌！但实战中历练出来的青州军也非同凡响，虽势头不如徐州军，却也稳步后退步步为营。
一场不分阵势的血腥大战，直杀得天昏地暗，日月无光，接触敌人的唯一目的就是杀死对方，至于自己是否被杀，没有人思虑这些，人们已经被血腥味给熏疯了！被砍掉一条腿的士兵倒在地上也没忘记给对方的腿上也来一刀，都躺下来拼命吧！而这时，曹操的军事才能，便显现了出来，眼前的局面虽然对自己不利，但他并没有过于关注，他在静静地等待着自己后续部队地赶来，后续部队到来后，他也不急于把他们投入到眼前的战场上。他吩咐曹洪、夏侯渊各领步骑一万向两侧迂回，以自己中军的对空火箭为信号，同时从两翼投入战斗；吩咐飞骑，通知后面还没到的夏侯惇部重骑兵，绕开此地的主战场，直袭彭城！
这时，曹操下一道军令：这场战役为了惩罚敌军的顽抗，不留俘虏，战士们一律以敌人的首级邀功。不留战俘的军令一传到战场上的士兵耳中，曹军士气立时大振：这是主帅已确定青州军必胜无疑的信号，致使抵抗着徐州军疯狂进攻的士兵，有不少人拼着命还不忘收集人头，有的因此被敌军砍掉了脑袋。一切如曹操所料，彭城遭袭的消息一传到陶谦的耳中，陶谦几乎本能地命令自己的总预备队立即驰援彭城，曹操一看敌军后方的旗号开始向彭城方向移动，便下令中军射出了对空火箭，这是聚歼敌军的信号，曹洪、夏侯渊两军从左右同时扑入了混战的战场。战场上正拼命的徐州军将士发现了自己的后军正向彭城后退，士气大挫，眼见左右又有不知多少敌军扑来，而曹操的中军精锐却突然趁机发起了反攻，瞬间斗志尽丧，战场上凭的就是一股气，气一泻就只有等着挨宰了。
以下的战事不忍细说，总之是徐州军大败，青州军歼敌已无法记数，据《三国志?陶谦传》载：死者万数，泗水为之不流。
陶谦引残部退守郯城，彭城呢？自然丢给了曹操。曹操志得意满的，率军开进了彭城，进入彭城后，曹操大呼上当，原来，彭城所有的军粮辎重都被陶谦趁护送难民时转移到了郯城，曹操费尽九牛二虎之力得到的却是空城一座。十万青州军军粮将尽，现已无法得到彭城军粮补充，曹操傻眼了！无奈之下，只得试攻郯城，那陶谦自彭城领教了青州军的战力，接受了教训，坚决不出城作战，弄得曹操虽恨却无奈，发动了两次攻城战，落了个损兵折将毫无战果，再拖下去怕是连兖州也难回去了，咽口气，退兵吧。
