在曹操攻打冀州的時候，袁譚見有了靠山，便全力進攻袁尚。袁尚大敗，袁譚「遂並其眾」，勢力有所擴大。曹操一看，覺得不能讓袁譚這麼發展下去了，於是找了個借口與袁譚斷絕關係，然後進攻袁譚。
這時天氣寒冷，水面結冰，運糧船被凍在河裡。曹操徵用當地百姓鑿開冰面，以便船隻往來。但是當地人一聽到命令就跑了，沒人來鑿冰，氣得曹操下令「捕而殺之」。百姓們躲不下去了，就來到大營求見曹操，請求赦免。曹操說，不殺你們，則號令不行；殺了你們，我又不忍。你們還是跑吧，藏好了，別讓士兵抓到。百姓們垂淚而去，「後竟捕得」，史書上沒說抓到之後怎樣處理的，但以曹操號令之嚴，估計是凶多吉少。
建安十年（公元205年）正月，曹操對退守在南皮的袁譚發起了總攻。戰鬥從早晨打到中午，還是沒能攻下南皮。曹操親自擊鼓助威，激勵士卒，最後終於城破，「斬譚，誅其妻子」，至此冀州全境都歸了曹操。
曹操攻擊袁譚的時候，比方的少數民族——烏桓藉機不斷騷擾，曹操於這年的八月親征烏桓。
因為下面還會提到烏桓，現在就簡單介紹一下。烏桓又叫烏丸，《後漢書》稱烏桓，《三國誌》則叫烏丸，大概是從少數民族的語言音譯過來的。在漢初的時候，其國為匈奴所滅，倖存下來的人們就跑到烏桓山裡躲藏起來，因此被稱為烏桓。這是一個遊牧民族，善騎射，逐水草而居，住的是類似蒙古包的「穹廬」，他們沒有文字，刻木為信，大概還處於奴隸社會階段。烏桓被匈奴所破之後，被迫臣服於匈奴，每年要按時進貢，稍微晚一點就會被重重地收拾一頓。在漢武帝的時候，匈奴被漢軍擊敗，烏桓得以解放，被政府安排在塞外，為漢家偵查匈奴的動靜。烏桓分為好些部族，部族的領導人稱為「大人」，這些「大人」每年要入朝一次。漢政府還設立了「烏桓校尉」，「擁節監領之」。到了漢昭帝的時候，烏桓逐漸強大，自覺得有了報復匈奴的資本，於是「乃發匈奴單于塚墓」。這下可把匈奴惹毛了，刨了人家祖墳，人家還不跟你急？匈奴立刻派兵東擊烏桓，烏桓急忙向漢朝求救。漢政府當時當權的是大將軍霍光，他派度遼將軍范明友帶兩萬騎兵邀擊匈奴。烏桓的實力雖然比以前強大，但和匈奴相比還差得遠，而且匈奴這回都氣紅了眼，所以戰鬥力無形中有所增強。烏桓一觸即潰，敗得那叫一個快，等度遼將軍范明友趕到時，匈奴已經獲勝，而且還在劫掠一番之後揚長而去。范將軍一看，匈奴已經走遠了，追是追不上了，這仗也沒打成。不過轉念一想，既然千里迢迢領兵來了，不打一仗總覺得心有不甘，乾脆我打你烏桓得了，於是下令進擊烏桓。烏桓剛被匈奴打敗，哪有力量對抗范將軍？此役漢軍大勝，「斬首六千餘級，獲其三王首而還」。范將軍這事辦得不地道，本來是幫人家來的，哪能打人家呢？真不知道他是怎麼想的。烏桓可真是屋漏偏逢雨，不但被匈奴暴打，還被請來的幫手趁火打劫，從此開始與大漢為敵。不過范明友將軍對付烏桓還真有一套，烏桓的每次來犯都被他輕鬆擊退，所以烏桓至少在表面上還沒有與漢朝撕破面皮。
後來王莽篡位，成立了新朝。他也想擊退匈奴，於是集結全國各地人馬。還讓烏桓也贊助了一支軍隊，駐紮在代郡，還把烏桓的軍屬都安置在各郡縣中，實際上就是人質。烏桓本是個遊牧民族，他們不願在某地常駐，而且又水土不服，所以就打報告，想要撤回贊助，但是王莽沒批准。這些烏桓駐軍一看，你不批我們就自己跑，於是紛紛開溜。可是家屬都當了人質，他們無處可去，乾脆就結伙為盜。王莽也沒含糊，立刻把在各郡縣中的人質都殺了。這樣一來，雙方就結下怨了。匈奴乘機收買烏桓領導人，於是烏桓和匈奴就聯合起來了，經常侵擾邊境。
到了東漢光武帝建武二十一年，光武帝劉秀派伏波將軍馬援掩擊烏桓。結果烏桓事先得到消息，急忙逃走。馬援追斬百級而還。沒想到烏桓隨後掩殺，馬援「晨夜奔歸」，損失戰馬千餘匹，可見那時的烏桓戰鬥力還是很強的。到了第二年，匈奴內亂，烏桓藉機進攻匈奴，匈奴被迫「轉北數千里」。而此時的劉秀也調整了對烏桓的策略，放棄了武力征討，加強了政治攻勢，其實主要就是用錢收買一些重臣，讓他們多說大漢的好話。經過一系列的努力，終於使烏桓表示願意臣服。遼西烏桓大人郝旦親自率眾人前來朝見，還封上不少貢物。光武帝很是高興，重賞了他們，對其中願意留下來的同志還安排了比較重要的職務，同時採納大臣的建議，重設烏桓校尉，專門管理烏桓事務。自此，漢朝和烏桓開始了蜜月期。可是到了東漢後期，雙方關係又開始緊張。靈帝時遼西烏桓勢力較強，他們的大人叫丘力居。丘力居死後，他的兒子樓班年紀小，由丘力居的侄子蹋頓代理政事。《後漢書》和《三國誌》都說蹋頓「有武略」，其他的烏桓也都願意服從於他，於是就形成了以蹋頓為首的烏桓勢力集團。
後來，袁紹與公孫瓚交戰，雙方正在相持階段，蹋頓捲了進來。他明智的選擇了袁紹，以和親的方式結為盟友，然後發兵助袁紹，最終擊敗公孫瓚。袁紹對此很是感激，「矯制」封蹋頓和其他部落的首領為單于。後來樓班長大，烏桓奉他為單于，蹋頓稱王，但實權還在蹋頓手中。
這時的烏桓侵擾曹操的後方擺明了就是在幫助袁氏集團，所以曹操決心好好教訓一下他們。蹋頓雖有武略，可還不是曹操的對手，很快就被趕到塞外。
真是「按下葫蘆起來瓢」，這邊剛趕跑了烏桓，那邊高幹又反了。高幹是袁紹的外甥，被袁紹任命為并州牧。他在曹操攻下鄴城的時候就已經投降了，還被任命為刺史。現在看曹操忙於征討烏桓於是就挾持了上黨太守，「以州叛」。曹操對降將一向比較寬容，就連殺了他一子一侄還有愛將典韋的張繡都以禮相待。可是高幹不一樣。張繡是一方割據勢力，獨霸一方，而且是在雙方開打之前就投降了，雖然降而復反，但曹操總覺得錯在己方，所以他能不追究張繡。但是高幹不同，他是看曹操忙於征討烏桓無暇顧及他才反的，而不是曹操侵犯了他的利益。更何況高幹是袁紹的外甥，屬於近親，曹操本來就不太放心，這回藉機一併收拾掉，一勞永逸。於是從此派樂進李典擊之，迫使高幹退守壺關城。
建安十一年正月，曹操親征高幹。高幹派親信守城，自己則親自跑到匈奴單于那裡求助。單于可沒上當，也不願意得罪曹操，於是拒絕了高幹。就在高幹要返回壺關城時，傳來消息壺關城失守。這下高幹無處可去了，只好逃往荊州，準備投靠劉表，可是在半路上就被捕殺了。
這時的袁尚和他的另一個哥哥袁熙（就是曹丕的妻子甄氏的前夫）無路可走，只好去投奔烏桓。烏桓的實權人物蹋頓不但與袁紹關係密切，而且還有和親之好，算起來蹋頓與袁尚袁熙還是親戚，因此很痛快地收留了二袁。收留就收留吧，蹋頓還經常由塞外進兵，騷擾塞內。更可怕的是，《後漢書》記載，當時袁紹的舊部，即「幽冀吏人」們紛紛跑到烏桓投奔袁尚，前後共有「十萬餘戶」。大家看仔細了，不是十萬餘人，是十萬餘戶！可見袁紹經營河北多年，實力不可小覷。在袁紹死後，那些忠於袁紹的「吏人」便開始效忠於他指定的接班人。不遠千里，拉家帶口前來投奔，眼看著袁氏集團又要死灰復燃，這是曹操絕對不能容忍的！於是曹操決定斬草除根，立刻開始籌劃，準備征討烏桓。
準備工作是細緻而又困難的，甚至開鑿了兩條渠。一條名為平虜渠，另一條可以通海，名泉州渠。這需要一些時間，在這期間曹操也沒閒著，他於建安十二年chun二月下令大封功臣。曹操素以號令嚴明著稱，賞罰嚴明是治軍治國的根本手段，有罰就要有賞。雖然曹操在各次戰役中對有功之人都會「賞」，但像這次範圍之大，規格之高卻是第一次，僅封為列侯的就有二十多人。而且最重要的是，這次受封的除了功臣，還有不少陣亡或故去的功臣的家人，這讓大家很受感動。跟著曹操還有一個好處，那就是所受封的官職都是經過朝廷認可的，也就是「真的」，皇帝就在手中，要封什麼官還不是曹操一句話？而且貨真價實，如假包換，那任命證書上還有皇帝的大印呢！這個好處是其他割據勢力所不具備的。另外還有一點曹操說得明白。他說，我受朝廷大賞，食邑三萬戶，現在願意拿出來分給大家。這時的曹操已經基本擁有了北方，不差這三萬戶，但是這樣一來受封的人就不一樣了。因為有的人是受「皇封」，有的人是受「曹封」，雖然都是曹操的意思，但感覺上還是不一樣。因此就有了夏侯惇寧要魏官不受漢職的事，這是後話，下文會有詳細敘述。
封賞完畢，就要進討烏桓了。可是很多人說，袁尚已經被打得這樣慘，他投靠烏桓也未必能有什麼作為。反倒是荊州那裡有些不妥。一旦我們深入北方，劉備必會權劉表偷襲許都，那可很難辦。只有謀士郭嘉料定即使劉備提出這樣的建議，「表必不能任備」。曹操認為郭嘉的觀點很對，於是進討烏桓。
這可真是漫漫征途，一直走了好幾個月。到後來沒有路了，就開山為路「五百餘里」，直指敵人盤踞的柳城。在離柳城二百多里的時候，蹋頓已經得到了消息。於是帶領袁尚、袁熙還有幾部烏桓前來迎敵。建安十二年（公元207年）八月，雙方在白狼山遭遇。這是一場遭遇戰，當時曹操的重騎兵在後面還離得很遠，曹操率輕兵在前，人數少不說，而且沒有重裝備。烏桓騎兵有幾萬人，大家都很緊張。曹操登高觀察了一陣，發現烏桓人數雖多，但隊伍不整，認為可以一戰，「乃縱兵擊之」。張遼作為先鋒，奮勇當先，取得全勝。蹋頓被斬，「胡漢降者二十餘萬」。袁尚、袁熙卻跑掉了，他們繼續向北，逃往遼東。這時候他們身邊還有數千人，而且還有被擊潰的幾部烏桓單于。
這時曹操手下有人建議，遼東太守公孫康一直恃遠不服，二袁又跑到那裡去了。既然大軍已經到這了，應該藉機進軍，把這兩股勢力都滅掉。可是曹操卻說，我正要等公孫康把二袁的首級送來，就不麻煩各位了。於是下令回軍。果然，沒多久公孫康真的把二袁的首級送來了！諸將覺得很奇怪，就來問曹操。曹操解釋說，如果我大兵壓境，二袁和公孫康必然會聯合起來；如果我們撤兵，給他們一個空間，他們就會自相殘殺。《三國演義》中把這一奇功記在了郭嘉的身上，不管這是誰的奇謀，這大概就是傳說中的「運籌帷幄之中，決勝千里之外」。
這一仗打得很順，但是行軍卻很艱苦。《曹瞞傳》記載，當時天寒，而且又旱，二百里之內都沒有水，鑿地三十餘丈才得水；又趕上缺糧，殺馬數千匹為食。回兵之後，曹操把曾經勸他不要出兵的人都找來，大家不知其意，以為要怪罪他們。結果曹操卻重賞了大家，還說我這次出兵是行險，僥倖得勝，都是「天所佐也」，不可以常用，更不可以為後世之師。大家的建議是「萬安之計，是以相賞」，希望大家以後不要有顧慮，照常提建議。
進兵雖然艱難，回兵卻一路坦途。途經碣石的時候曹操在山上飽覽了壯麗的滄海景色，寫下了著名的《步出夏門行》。碣石在今天的河北省昌黎縣，也有人以為此山已沉入現今河北省樂亭縣境的大海中，所說的滄海就是渤海。《步出夏門行》又名《隴西行》，是樂府詩詞，曹操只是借古題寫現在的事。他的《步出夏門行》主要分為《觀滄海》、《冬十月》、《土不同》、《龜雖壽》四個部分。其中《觀滄海》在上中學的時候就學過，當時沒覺得怎樣。東臨碣石，以觀滄海。水何澹澹，山島竦峙。樹木叢生，百草豐茂。秋風蕭瑟，洪波湧起。日月之行，若出其中；星漢燦爛，若出其裡。幸甚至哉，歌以詠志。可是隨著年齡的增長，理解能力也有所提高，對這首詩的認識也和從前不一樣了。尤其是「日月之行，若出其中；星漢燦爛，若出其裡」一句，充分表露了曹操宏偉的政治抱負和雄心壯志。前面幾句是寫實景，這兩句則是展開聯想，在這浩渺無邊的大海面前，日月星辰似乎都顯得渺小了，它們的運行好像也都取決於大海。在寫到這一派吞吐宇宙的宏偉氣象時，曹操一定想到了自己。清朝的沈德潛在評論曹操的詩歌時說他「時露霸氣」，所謂「言為心聲」，大概真正心懷大志的人在一舉一動乃至一言一行中都會不自主地流露出這種「霸氣」。
這裡簡單說一下曹操的文學造詣。《魏書》說曹操「御軍三十餘年，手不捨書。晝則講武策，夜則思經傳」，而且「登高必賦」。很多詩人、文學家都是這樣，在受到外界景色的刺激後很容易產生創作衝動，曹操也不例外。曹操的作品配上音樂後，「皆成樂章」。曹操的散文簡潔樸素，他的樂府詩慷慨激昂，他本人更是建安文學的代表人物。曹操早年為頓丘令的時候，曾被免官，但隨即又「以能明古學」而被拜為議郎，這從一個側面也說明了曹操的文學功底。曹操手下有很多文人，為他起草各種文件。每次曹操都要親自過目，修改一下，大家都以被修改的次數少為榮。當時曹操有個比較出名的筆桿子叫阮瑀，有一次他寫好的文件交給曹操，曹操一看，竟不能增減一字。這本是一件小事，但卻被收入史書。這一方面說明阮瑀的文筆確實好，另一方面也可看出曹操的文學功力是得到大家認可的。還有，曹操的詩歌很多都是用的樂府舊體，正如沈德潛指出的「借古樂府寫時事，始於曹公」。但曹操卻不受古曲的束縛，以舊體言新事，這大概也是他「霸氣」的一個體現。