灭袁氏北方一统

官渡之战以后，袁绍主力已被彻底消灭，但其余军以及袁绍的两个儿子袁谭、袁尚仍不时对曹操进行骚扰。

早在官渡之战之前，袁绍就派遣刘备占领汝南，汝南共都与之呼应，曹操派遣蔡阳进击共都，蔡阳失利而回。于是，曹操亲率将士南征刘备，刘备逃奔刘表，共都人众四散。

官渡之战后，袁绍发病呕血，于建安六年（公元201年）五月死去，其二子袁尚代袁绍驻守黎阳。曹操多次与袁谭、袁尚交战，袁氏兄弟虽然屡战屡败，但仍坚守黎阳。一直到建安八年（公元203年）三月，曹操才将袁氏兄弟一举击败，袁谭、袁尚逃往冀州。

把袁氏兄弟赶往冀州之后，曹操开始南征刘表，大军行至西平，便驻扎下来。袁氏兄弟看到曹操南下，又开始争夺冀州，袁谭不抵袁尚，败逃平原，袁尚紧追不放，袁谭无奈派遣辛毗向曹操求救。曹操部将多有疑惑，但荀攸智高一等，劝曹操答应袁谭。曹操自有主意，说道:“当年我进攻吕布，刘表不搞袭击，官渡之战，刘表也不救援袁绍，这是一个自守一方的人，现在暂且把他放到一边，以后再找机会消灭他。而袁谭、袁尚却十分狡猾，现在应该利用他们兄弟相残的机会，把他们清除掉。纵然袁谭这次请求是一种诡计，最终不会看着我收拾袁尚坐视不管，但是，假如我击败了袁尚，将袁尚的地盘收过来了，好处还是有好多的。”于是，曹操答应了袁谭的请求，并迅速往回撤军，赶往冀州。到了黎阳之后，为了表达自己对袁谭的一片诚心，同时也是为了安定袁谭之心，免生事端，曹操与袁谭结为儿女亲家。

袁尚听说曹操为救袁谭进军冀州，便撤出围在平原的部队，回到邺城。袁谭的平原之围解除之后，便暗中向驻守东平的吕旷、吕翔授将军印绶，但吕旷接到印绶之后，却率众投降了曹操，并将将军印绶交给了曹操。曹操对袁谭内心的想法更加清楚，也更加坚定了他最终要彻底消灭袁氏兄弟的思想。

建安九年（公元204年）二月，袁尚再一次对袁谭发动攻击，留下苏由、审配驻守邺城。曹操看到消灭袁氏兄弟的机会来临，迅速带兵北上，大军到洹水，苏由投降。紧接着，曹操筑起土山、地道攻打邺城。为了更快地占领邺城，曹操决定先清除邺城周围的袁尚势力。四月，他让曹洪继续攻打邺城，自己则先后率军打败了武安长尹凯、守邯郸的沮浩，又迫使易阳令韩范、涉长梁岐投降。清除完周围的袁尚势力之后，曹操回过头来于五月决开漳河水灌进邺城，试图逼迫邺城投降。曹操在邺城周围开挖了一条长四十里、宽达两丈的沟渠，将漳河水引入城内，一夜之间，水淹邺城，两个月中，城内饿死者过半。七月，袁尚不得已再次放弃进攻袁谭，回军救邺。

当曹军知晓袁尚率军回救邺城的时候，手下大将们普遍认为应该避其锋芒，因为兵法有道是“归师勿遏”，意思是说，回来救援本部的军队千万不要阻挡，因为他们会拼死作战。曹操冷静分析了形势，然后说道:“如果袁尚从大道奔来，我们应当避开他；但如果他从西山过来，他就要成为我们的俘虏了。”曹操之所以这样分析，是因为曹操不仅精通兵法，而且还非常善于把握人的心理。假如袁尚从大道来，说明他是怀着非常急迫的心情，要下决心救下邺城，这样的话，就会拼死作战，而不考虑后果，哪怕是鱼死网破也在所不惜。但是，如果他是沿着一条山路进军，就不会显得来势凶猛，既可以进攻，也可以退却，首先是依靠山势保全自己，然后才是寻找机会打击敌人。这样的敌人，对自己的威胁要小得多，所以曹操才这样判断，这就是兵法所谓“观敌之动者也”，意思是观察敌军行动后再制定自己的作战方案。

曹操一面等待袁尚大军，一面不断派人侦查，当袁尚走到邯郸的时候，曹操就料定袁尚一定从西山来。果然如曹操所料，袁尚沿着西山一路前行，到滏水岸边安营扎寨。曹操非常兴奋地召见将士说:“我们已经得到冀州了，你们知道吗？”将士们不知曹操何意，都说:“不知道。”曹操说:“不久你们就看到了。”

当天夜晚，袁尚派兵袭击曹军，曹军迅速还击，袁尚军队抵挡不住，退守营寨，随即被追赶来的曹军包围。袁尚害怕，让曾经做过豫州刺史的阴夔和陈琳向曹操投降，但曹操不答应，并加强了攻势。袁尚无奈，趁着夜色逃出了包围圈。曹军立即追击，袁尚大将马延等临阵投降，袁军崩溃，袁尚逃往中山。曹军缴获大量辎重，并得到袁尚的印绶节钺等物。八月，审配的侄子审荣打开城门投降，审配战败不降被杀。曹操夺取邺城，拥有了冀州大部分地方。

占领冀州之后，曹操亲自到袁绍墓前祭奠，痛哭流涕，异常哀伤。还对袁绍的妻子加以安慰，把袁绍的宝物也归还了袁绍家人，并赠送了许多财物，袁绍的家人由国家供养了起来。但袁熙的妻子甄氏因为貌美出众而被曹丕收纳为妃，这就是三国时期非常有名的甄妃。

九月，献帝命曹操为冀州牧，曹操辞让又回到兖州。

当曹操围攻邺城的时候，袁谭攻占了北方甘陵、渤海等地。袁尚败逃中山之后，袁谭又进攻袁尚，袁尚不得已逃往故安。这时，曹操写信给袁谭，斥责他不守信用，并和他断绝了儿女婚姻关系。袁谭害怕逃往南皮，曹操随即占领平原各县，并于次年正月进攻南皮，袁谭战败被杀，冀州平定。曹操进攻袁谭时，从早晨一直攻打到中午都没有攻下，曹操便亲自夺过鼓槌，奋力击打，士卒见状，精神倍增，瞬间便攻破敌营。

袁谭被杀，袁尚、袁熙兄弟因部将叛变而逃往东北三郡乌丸。三郡乌丸曾借着中原战乱攻破幽州，并掳掠汉民十余万户。袁绍时将他们的首领立为单于，其中蹋顿单于尤为强大，袁绍与其关系友善，所以袁氏兄弟投靠了他们。之后，袁氏兄弟又多次与乌丸共同骚扰东北边境。曹操为平定乌丸单于，还专门开凿了平虏渠。

除袁氏兄弟之外，高干也多次给曹操带来麻烦。高干是袁绍的外甥，占据着并州。曹操攻打邺城，高干投降了曹操。曹操率军讨伐乌丸三郡时，高干又反叛曹操，派兵把守壶关口。曹操率军征讨高干，高干害怕，求救于单于，但单于予以拒绝。曹操连续围攻壶关三个月，高干逃往荆州，被上洛都尉王琰捕获斩杀。至此，并州平定。