于是征召荀攸为汝南太守，入为尚书。曹操久闻荀攸之名，与语大悦，对荀彧、钟繇说：“公达不是平常的人，我能够和他一同商议大事，怎么还会忧虑得不到天下呢？”
自此，荀攸成为了曹操的军师。建安三年（198年），荀攸随曹操征讨张绣。荀攸看出当时的形势对曹操很不利，就对曹操说：“张绣和刘表互相依恃，以为强大，然而张绣以客军依靠刘表，时间一久，刘表力不能支，必然与张绣分裂。我不如缓兵以待其变；若急切进攻，刘表必拼死相救。”
曹操没听劝告，出兵对张绣作战，刘表果然发兵相救，曹军失利。曹操对荀攸说：“没有听先生的话才会这样。”
于是设下奇兵再次和张绣、刘表联军大战，大破之。同年，曹操自宛征讨吕布，到了下邳，吕布败退，固守城池，曹操进攻，没有拿下，连续作战，士兵疲惫，曹操想收兵撤退。荀攸与郭嘉说曰：“吕布勇而无谋，如今他屡战皆败，锐气已丧失殆尽。军队以将帅为首脑，主将衰弱，则军队必无斗志。陈宫有智谋而生性迟缓，现在吕布士气尚未恢复，陈宫的计谋尚未定夺，乘此机会奋进急攻，就可以击破吕布了。”
曹操随即引沂水、泗水灌进城去，攻破了下邳，生擒吕布。建安五年（200年）二月，袁绍首先派大将颜良围攻白马（今河南滑县东）。四月，曹操亲自率军北上救白马之围。当部队正向前开进时，荀攸认为不能与实力悬殊的强大敌人正面对抗，他分析了当时的形势提出了声东击西、解救白马的作战方略。他认为袁绍兵多，应设法分散其兵力，于是劝曹操引兵先到延津，伪装渡河攻袁绍后方，使袁绍分兵向西应战，然后再派轻骑袭击进攻白马的袁军，攻其不备，一定可以打败颜良。曹操听了他的这一番话，觉得十分有道理，就依计而行，袁绍果然分兵延津。曹操乘机率轻骑袭击白马。颜良不及防备，被关羽斩杀。曹操解白马之围后，率六百骑兵押送粮草辎重沿河西退。军行不久，与袁绍五六千追兵相遇。诸将见敌众我寡，都感到很害怕，劝曹操退守大营，荀攸知道敌人的弱点，就说：“这正是歼敌的好时机，为何要退呢?”曹操与荀攸对视而笑，心意相通，于是命令士兵解鞍放马，丢弃辎重，引诱袁军；待袁军逼近，争抢辎重的时候，曹操突然命令上马，迅猛发起攻击，大破袁军，斩杀骑将文丑。曹操于是和袁绍在官渡形成对峙局势。双方军粮将尽，荀攸对曹操进言说：“袁绍运粮车一天之内将要到达，押车将领韩猛精干但轻敌，攻击他可以获胜。”
曹操说：“谁可以派遣？”
荀攸说：“徐晃。”
于是派徐晃及史涣半路截击，打败了韩猛，烧了他押送的军用物资。适逢许攸前来投降，说袁绍派淳于琼等人率一万多士兵押运粮食，将领骄恣，士兵懈怠，可以中途截击。众人都怀疑他，只有荀攸和贾诩劝说曹操听从。曹操于是留下荀攸和曹洪守营，自己率军进攻打败了袁军，斩杀了淳于琼等人。袁绍的大将张郃、高览等人烧掉进攻用的器具，投降了曹军，袁绍只得弃军逃回黄河以北。张郃前来投降时，曹洪怀疑他，不敢接受，荀攸对曹洪说：“张郃的计谋不被袁绍采用，一怒之下前来投奔，您怀疑他什么呢？”
曹洪这才接受了张郃等的投降。建安七年（202年），荀攸跟从曹操讨袁谭、袁尚于黎阳。建安八年（203年），曹操刚刚前往征讨刘表，袁谭、袁尚争冀州。袁谭遣辛毗请降求救，曹操许之，问部将。部将多认为刘表强，应先攻之，袁谭、袁尚不足为虑。荀攸说：“天下正值多事之秋，而刘表却稳守江、汉之间地区，很明显，他并没有君临天下之志。袁氏占据四个州的地盘，有甲兵十万，袁绍凭宽厚得到众心，假使他的两个儿子和睦相处，保守他们的既成功业，那么天下的灾难就不会停息，现在袁氏兄弟交恶，结果不会是双方都得到保全。二袁如果联合起来，力量就会强大，那时就不易谋取了。趁他们内讧谋取他们，天下就平定了，这个机会不能失啊！曹操说：“很好。”
于是答应与袁谭结亲，随即派兵击败袁尚。这以后袁谭背叛，荀攸又随从曹操在南皮斩杀袁谭。冀州平定，曹操上奏汉献帝为荀攸请求封爵说：“军师荀攸，从开始就辅佐臣下，没有哪次出兵没有跟从，前后多次战胜敌人，都是靠荀攸的谋划。”
于是封荀攸陵树亭侯。建安十二年（207年），曹操下令论功行赏，说：“为人忠诚正直而善于密谋，为我安抚内外的人是文若，公达则次于他。”
增邑四百，并前七百户，转为中军师。担任中军师的荀攸不在经常随军征战，而是为曹操留守后方，掌管刑罚之责。魏国刚建立时，荀攸担任尚书令。荀攸多谋深算，心思缜密，明智而能保守机密，自从随曹操四处征战，常常运筹帷幄，当时很少有人知道他说了些什么。曹操每每称赞他说：“公达外愚内智，外怯内勇，外弱内强；不炫耀自己的长处，不夸大自己的功劳；他的内智别人可以达到，他的外愚别人却达不到，即使是颜子、宁武也赶不上他。”
曹丕在东宫做太子时，曹操对他说：“荀公达，是人之表率，你应尽到礼节尊敬他。”
荀攸曾经生病，曹丕前去慰问，独自在床下礼拜，他受到特别尊敬就是这样。荀攸与钟繇交厚，钟繇说：“我每次有所行动，都反复思考，自以为没有什么要变动的了；但拿去一问公达，他的答复总是超出我的意料。”
荀攸前后设奇策共十二计，只有钟繇知道。