從這一年起，曹操把自己的據點北遷到了冀州鄴城，政令軍隊此後皆從此出，而漢獻帝的都城許縣則隻留些許官吏。

　建安十年(205年)正月，曹操又以負約為名，攻滅袁譚，冀、青二州平定。於是，曹操上表讓還兗州牧，改任冀州牧。

　袁尚兵敗後，逃奔幽州刺史袁熙，不久，袁尚、袁熙又逃奔三郡烏桓。同年，黑山軍首領張燕率領其部眾十余萬人投降曹操。

　建安十一年(206年)，曹操攻滅高乾，平定並州。

　建安十二年(207年)，曹操為了肅清袁氏殘余勢力，也為了徹底解決三郡烏桓入塞為害問題，決定遠征烏桓。

　漢末，遼西、遼東、右北平三郡烏桓結合，是為三郡烏桓，其首領為遼西部的蹋頓。三郡烏桓與袁氏關系一直很好，並屢次侵擾邊境，擄掠人口財物。

　五月，曹操親率大軍到達無終(今薊縣)。時正雨季，道路積水，“淺不通車馬，深不載舟船”。曹操從無終人田疇之議，改從一條久已斷絕，但“尚有微徑可尋”的路線進軍。

　在田疇的引導下，曹操大軍登徐無山(今河北玉田北)，出盧龍塞(今河北喜峰口附近)，“塹山堙谷五百余裡”，直指烏桓老巢柳城(今遼寧朝陽南)。

　八月，曹軍進至離柳城不足二百裡時，烏桓才發現，於是蹋頓與袁尚、袁熙等人率數萬騎兵迎擊。二軍相遇，時曹軍輜重在後，“被甲者少，”而烏桓軍軍勢甚盛。

　曹操登高瞭望，見烏桓軍雖多，但陣勢不整，遂命大將張遼為前鋒，乘烏桓軍陣稍動之機，向烏桓軍發動猛攻。

　烏桓軍大亂，曹軍陣斬蹋頓，大獲全勝，胡、漢降者二十余萬，袁尚等人逃奔割據平州的公孫康。

　這時，有人勸曹操乘勢進擊公孫康，曹操說:“吾方使康斬送尚、熙首，不煩兵也。”遂率軍還師。

　不久，公孫康果然斬殺袁尚、袁熙，並將其首級獻與曹操。諸將不明所以，曹操說:

　“彼素畏尚等，吾急之則並力，緩之則自相圖，其勢然也。”

　於是，曹操攻破三郡烏桓，也徹底肅清了袁氏勢力。

　十一月至易水，代郡烏丸行單於普富盧、上郡烏丸行單於那樓將其名王來賀。同年郭嘉因水土不服、氣候惡劣、日夜急行操勞過度，在曹操北歸前病逝。

　歸程途中，據《曹瞞傳》記載:“時寒且旱，二百裡無複水，軍又乏食，殺馬數千匹以為糧，鑿地入三十餘丈乃得水。既還，科問前諫者，眾莫知其故，人人皆懼。公皆厚賞之，曰:‘孤前行，乘危以徼幸，雖得之，天所佐也，故不可以為常。諸君之諫，萬安之計，是以相賞，後勿難言之。’”

　建安十三年(208年)，開辟玄武池訓練水軍。六月，曹操廢三公，恢復丞相制度，並自任漢朝丞相。基本平定北方後，兵鋒轉而南向。

　七月，進軍南征荊州劉表。

　八月，劉表病死，其子劉琮接任荊州牧。

　九月，曹操大軍進至新野，劉琮以為無法抵擋，舉荊州之眾投降曹操。

　這時，官渡之戰後投奔劉表的劉備屯駐於樊城(今湖北襄樊)，聽說劉琮投降，便率軍向江陵(今屬湖北)撤退。

　江陵為荊州重鎮，存有大量軍用物資。曹操聽說，怕江陵落入劉備之手，遂親率五千騎兵從襄陽(今湖北襄樊)疾馳三百裡，在當陽長阪(今湖北當陽東北)將劉備追上，大破其軍，隨後進佔江陵。

　曹操在擊潰劉備後，乘勢想一舉鯨吞江東，孫權、劉備兩家在魯肅和諸葛亮等人的努力下，組成聯盟，孫權命都督周瑜率軍三萬，與劉備的兩萬人馬組成聯軍抵抗曹操。

　曹操自江陵東下，至赤壁(今湖北武昌縣西赤磯山)與孫、劉聯軍接戰不利，暫駐軍於烏林(今湖北洪湖縣東北)，與對方隔江對峙。

　周瑜用詐降之計，命大將黃蓋率小戰船十艘，上裝柴草，灌以膏油，船頭釘上大釘，假稱投降，向北岸而進，至離曹營二裡之處時，各船一齊點火，然後借助風勢，直向曹軍衝去，曹軍大敗，舟船被燒。

　曹操率軍從華容道(今湖北監利西北)陸路撤回江陵，撤軍北還。

　赤壁戰敗後，曹操采取一些措施，穩定內部。

　建安十五年春，曹操下《求賢令》，說:“今天下尚未定，此特求賢之急時也……二三子其佐我明揚仄陋，唯才是舉，吾得而用之。”

　曹操提出不拘品行、唯才是舉的用人方針，目的是盡量把人才收羅到自己身邊。

　建安十六年(211年)，曹操開始對關中用兵。三月，曹操遣司隸校尉鍾繇率大將夏侯淵以討伐漢中(治南鄭，今陝西漢中東)張魯為名進兵關中。

　關中馬超、韓遂、楊秋等十部心生疑懼，一時俱反。曹操立即派大將曹仁進攻關中，馬超等人屯據潼關。

　七月，曹操率大軍親征關中，大敗關中聯軍，馬超等因之欲割地求和，曹操不允。

　九月， 馬、韓等再次請求割地，並送任子以求和，曹操采納賈詡的建議，偽許之，並再次大敗韓、馬軍。韓遂、馬超敗走涼州，楊秋則逃回安定，曹軍陣斬成宜和李堪等叛將，關中自此平定。

　十月，曹操進軍安定，楊秋投降。曹操率軍撤回，命夏侯淵督眾將繼續西征，在兩年內，逐馬超、破韓遂、滅宋建、橫掃羌、氐，虎步關右，涼州地區基本平定。

　建安十七年(212年)，漢獻帝準許曹操“參拜不名、劍履上殿”，如漢丞相蕭何故事。

　建安十八年(213年)，曹操起兵號稱四十萬，親自南征孫權。次年正月，曹軍進至濡須口(今安徽巢縣東南)，攻破孫權設在江北的營寨，生擒其將公孫陽。

　孫權親率軍七萬，前至濡須口抵禦曹軍。二軍相持月余，各無所獲。曹操見孫權軍容嚴整，自己難以取勝，遂撤軍北還。

　同年五月，複《禹貢》九州。漢獻帝冊封曹操為魏公，加九錫、建魏國，定國都於鄴城。魏國擁有冀州十郡之地，置丞相、太尉、大將軍等百官。