而当袁绍听说曹『操』袭击乌巢时，认为这正是攻破曹『操』大营的好机会，因此派去的援兵很少，而以重兵围攻曹『操』大营。
由于曹『操』预留兵力精且多，曹营未破，乌巢败讯已经传来，大将张合、高览等人率部投降曹『操』，袁军溃散。袁绍弃军逃回黄河以北。曹军大获全胜，斩首七万余级，尽获袁军辎重图书珍宝。曹『操』清点袁绍书信，得到自己部下勾结袁绍的信，尽烧之，说：“当绍之强，孤犹不能自保，而况众人乎！”
客观条件上，曹『操』处于劣势，但由于他能正确分析客观条件，善于听取别人的正确意见，所以能扬长避短，采用正确的战略战术，使战争向有利于自己的方面转化，经过自己主观上的努力，终于赢得了胜利。官渡之战，曹『操』击溃了最大的敌人袁绍，由他统一北方已是大势所趋。官渡之战也是中国战争史上以少胜多、以弱胜强的着名战例。
远征乌桓
建安七年（202年），袁绍病死，袁绍的两个儿子袁谭、袁尚不和，发生火拼。袁谭不敌袁尚，向曹『操』乞降。
建安九年（204年）二月，曹『操』乘袁尚出兵攻打袁谭之机，进军围攻邺城（今河北邯郸临漳西一带）。袁尚率军回救，依滏水（今滏阳河）为营，曹『操』进军将其营寨包围。
袁尚害怕，请求投降，曹『操』不许。袁尚乘夜逃跑，袁军溃散。袁尚逃奔中山（今河北定县）。曹『操』命人拿着缴获袁尚的印绶节钺招降邺城守军，城中斗志崩溃。邺城遂被曹『操』攻破。从这一年起，曹『操』把自己的据点北迁到了冀州邺城【26】，政令军队此后皆从此出，而汉献帝的都城许县则只留些许官吏。
建安十年（205年）正月，曹『操』又以负约为名，攻灭袁谭，冀、青二州平定。于是，曹『操』上表让还兖州牧，改任冀州牧。袁尚兵败后，逃奔幽州刺史袁熙。不久，袁尚、袁熙又逃奔三郡乌桓。同年，黑山军首领张燕率领其部众十余万人投降曹『操』。【27】
建安十一年（206年），曹『操』攻灭高干，平定并州。
建安十二年（207年），曹『操』为了肃清袁氏残余势力，也为了彻底解决三郡乌桓入塞为害问题，决定远征乌桓。汉末，辽西、辽东、右北平三郡乌桓结合，是为三郡乌桓，其首领为辽西部的蹋顿。三郡乌桓与袁氏关系一直很好，并屡次侵扰边境，掳掠人口财物。
五月，曹『操』亲率大军到达无终（今蓟县）。时正雨季，道路积水，“浅不通车马，深不载舟船”。曹『操』从无终人田畴之议，改从一条久已断绝，但“尚有微径可寻”的路线进军。在田畴的引导下，曹『操』大军登徐无山（今河北玉田北），出卢龙塞（今河北喜峰口附近），“堑山堙谷五百余里”，直指乌桓老巢柳城（今辽宁朝阳南）。
八月，曹军进至离柳城不足二百里时，乌桓才发现，于是蹋顿与袁尚、袁熙等人率数万骑兵迎击。二军相遇，时乌桓军军势甚盛，而曹军则是“车重在后，被甲者少，左右皆惧”，唯独张辽力劝曹『操』迎战。曹『操』登高了望，见乌桓军虽多，但阵势尚未摆好，遂命大将张辽用曹『操』的帅旗来指挥先锋，乘乌桓军阵稍动之机，向乌桓军发动猛攻。乌桓军大『乱』，曹军阵斩蹋顿，大获全胜，胡、汉降者二十余万。【28】袁尚等人逃奔割据平州的公孙康。这时，有人劝曹『操』乘势进击公孙康，曹『操』说：“吾方使康斩送尚、熙首，不烦兵也。”遂率军还师。不久，公孙康果然斩杀袁尚、袁熙，并将其首级献与曹『操』。诸将不明所以，曹『操』说：“彼素畏尚等，吾急之则并力，缓之则自相图，其势然也。”于是，曹『操』攻破三郡乌桓，也彻底肃清了袁氏势力。
十一月至易水，代郡乌丸行单于普富卢、上郡乌丸行单于那楼将其名王来贺。同年郭嘉因水土不服、气候恶劣、日夜急行『操』劳过度，在曹『操』北归前病逝。归程途中，据《曹瞒传》记载：“时寒且旱，二百里无复水，军又乏食，杀马数千匹以为粮，凿地入三十馀丈乃得水。既还，科问前谏者，众莫知其故，人人皆惧。公皆厚赏之，曰：‘孤前行，乘危以徼幸，虽得之，天所佐也，故不可以为常。诸君之谏，万安之计，是以相赏，后勿难言之。’”【29】
赤壁之战
建安十三年（208年），开辟玄武池训练水军。六月，曹『操』废三公，恢复丞相制度，并自任汉朝丞相。基本平定北方后，兵锋转而南向。七月，进军南征荆州刘表。八月，刘表病死，其子刘琮接任荆州牧。九月，曹『操』大军进至新野，刘琮以为无法抵挡，举荆州之众投降曹『操』。
这时，官渡之战后投奔刘表的刘备屯驻于樊城（今湖北襄樊），听说刘琮投降，便率军向江陵（今属湖北）撤退。江陵为荆州重镇，存有大量军用物资。曹『操』听说，怕江陵落入刘备之手，遂亲率五千骑兵从襄阳（今湖北襄樊）疾驰三百里，在当阳长坂（今湖北当阳东北）将刘备追上，大破其军，随后进占江陵。【30】
曹『操』在击溃刘备后，乘势想一举鲸吞江东，孙权、刘备两家在鲁肃和诸葛亮等人的努力下，组成联盟，孙权命都督周瑜率军三万，与刘备的两万人马组成联军抵抗曹『操』。曹『操』自江陵东下，至赤壁（今湖北武昌县西赤矶山）与孙、刘联军接战不利，暂驻军于乌林（今湖北洪湖县东北），与对方隔江对峙。周瑜用诈降之计，命大将黄盖率小战船十艘，上装柴草，灌以膏油，船头钉上大钉，假称投降，向北岸而进，至离曹营二里之处时，各船一齐点火，然后借助风势，直向曹军冲去，曹军大败，舟船被烧。曹『操』率军从华容道（今湖北监利西北）陆路撤回江陵。撤军北还。
平定凉州
赤壁战败后，曹『操』采取一些措施，稳定内部。建安十五年春，曹『操』下《求贤令》，说：“今天下尚未定，此特求贤之急时也······二三子其佐我明扬仄陋，唯才是举，吾得而用之。”