于琼部被击破，投降了曹操，袁绍军大败，袁绍与长子袁谭等人仓皇北逃。
201年五月，袁绍病死。九月，曹操征讨袁绍二子残部，袁谭、袁尚屡败退，固守不出。
203年三月，曹军大破袁谭、袁尚军。四月，曹操进军邺（今安阳）。五月，曹军回师许都，留贾信屯黎阳。八月，曹操征讨刘表。袁绍二子相斗，袁谭失利，投靠曹操。十月，曹军复北进，袁尚军挫败。
204年二月，曹军攻打邺城。五月，曹操决漳水灌城，城内大半人饿死。七月，曹军大破袁尚援军。八月，邺城告破，曹操斩杀审配，哭祭袁绍，善待袁绍家眷。九月，曹操免去河北赋税一年，汉献帝封曹操为冀州牧。十二月，曹操进军南皮，整顿地方局势。
205年正月，曹操军大破袁谭，袁谭战死，曹操平定冀州。四月，黑山贼张燕率兵卒十余万投降曹操，被封为列侯。八月，曹操征讨乌丸。
206年正月，曹操军围壶关征讨袁绍外甥高干，高干败走，后被杀。八月，曹操军东征海贼管承部，获胜。
207年操从郭嘉计，北征三郡乌丸。曹军受阻渤海滨，于是率军出卢龙塞(今河北喜峰口至冷口一带)，进军柳城(今辽宁朝阳西南)。八月，登白狼山，乌桓之战曹操军大胜，斩杀乌桓王蹋顿，胡、汉降军二十多万。九月，公孙康杀死袁尚、袁熙，曹操统一北方。
208年曹操回到邺城，造玄武池操练水军。六月，曹操被封为丞相。七月，曹操南征刘表。八月，刘表病亡，幼子刘琮代位，屯居襄阳，刘备屯居樊城。九月，曹操军到新野，刘琮投降，刘备逃至夏口，曹操进军江陵。十二月，赤壁大战，曹操军不习水战，且瘟疫盛行，被孙权刘备联军大败于赤壁，被迫退军。
209年治水军，巩固自身势力、稳定北方政局，并设扬州郡县长吏，开芍陂屯田。
210年操作铜雀台。
211年，太原商曜等叛乱，曹操派遣夏侯渊、徐晃围破之。三月，曹操派钟繇讨伐张鲁。马超、韩遂举大军叛乱。曹操派曹仁讨伐，马超等人屯居潼关，曹操下令严守不出。七月，曹操西征迎战马超军，派徐晃、朱灵等夜渡蒲孤津，据河西为营。曹操自潼关北渡，马超截击曹军，曹操被校尉丁斐用饵敌之计救回。曹操军拒渭口，多设疑兵，暗中用舟载兵入渭，造浮桥，深夜分兵结营于渭南，马超夜里劫营，被曹操伏兵击破。马超等屯居渭南，向曹操求和，曹操不许。九月，曹操进军渡渭水，离间了马超和韩遂，
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