二月，董卓被联军击败，胁迫献帝迁都长安，并焚毁洛阳宫室，挖开王陵，劫掠人民，致使洛阳方圆二百里，荒芜凋敝无复人烟。
而十八路诸侯联军，惧怕董卓精锐凉州军，无人敢再向关西推进，全都屯兵酸枣一带。曹操认为，董卓焚烧宫室，劫迁天子，海内震动，应趁机与之决战，遂独自引军西进。曹操行至荥阳汴水，与董卓大将徐荣交锋，因为兵力悬殊，曹操大败。士卒死伤大半，自己也被流矢所伤，幸得堂弟曹洪所救，幸免于难。
回至酸枣，曹操建议诸军各据要地，再分兵西入武关，围困董卓，关东诸候皆不肯从。关东诸军名为讨董，实则各自心怀鬼胎，意在伺机发展势力。不久，诸军之间发生摩擦，相互火拼，讨董联军宣告解散。
初平二年（公元191年），曹操在东郡大败于毒、白绕、眭固、於扶罗等，袁绍表其为东郡太守。
初平三年（公元192年），青州黄巾军大获发展，连破兖州郡县，阵斩兖州刺史刘岱。济北相鲍信等人，迎曹操出任兖州牧，曹操和鲍信合军进攻黄巾，鲍信战死。曹操设奇伏，昼夜会战，终于将黄巾击败。当年冬，获降卒三十余万，人口百余万。曹操收其精锐，整编训练，号青州兵。又助袁绍打败刘备、单经及陶谦诸军。
初平四年春天（公元193年），曹操在匡亭，六百里追击大败袁术、黑山军、南匈奴。徐州牧陶谦率军攻入兖州南部任城，曹操率军征讨陶谦，攻克徐州十余城。
当年秋，曹操父亲曹嵩，来与曹操相会，路上被陶谦部下杀害。曹操遂进兵徐州，向东南扩展势力。陶谦退守郯县，不久曹操军粮尽，撤围回军。
次年夏，曹操再征徐州，略地至东海。曹操征徐州期间，所过之处大肆杀戮，屠民无数，一路上鸡犬亦尽，墟邑无复行人。陈留太守张邈不满，遂叛操，与陈宫一道，迎吕布为兖州牧。吕布为当时名将，先为董卓部，曾与王允定计诛杀董卓。当时只剩鄄城和东郡的范县、东阿县，三县尚在曹操掌握之中。分别由司马荀彧、寿张令程昱、东郡太守夏侯惇等坚守，形势异常危急。曹操从徐州赶回，听说吕布屯于濮阳，遂进军围攻濮阳。两军相持百余日，蝗灾大起，双方停战，曹操军还鄄城。此时，曹操失去兖州，军粮已尽，袁绍派人来劝说，想让曹操投靠，举家迁到邺县。曹操本打算答应袁绍，多亏程昱劝阻，曹操才打消这个念头。
兴平二年（公元195年），曹操整军再战吕布，三败之，破定陶、庸丘等，平定兖州，吕布逃往徐州投靠刘备。
建安元年八月（公元196年），曹操迎汉献帝。辛亥，汉献帝封曹操为司隶校尉，录尚书事。庚申，迁都许昌。冬十一月丙戌，汉献帝封曹操为司空，行车骑军事，百官总己以听。
建安二年春正月（公元197年），曹操讨张绣，军于淯水，张绣举众以降。后曹操羞辱张绣婶娘，张绣旋即复叛，曹操长子曹昂、侄子曹安民、猛将典韦战死。此后，曹操又两度攻击张绣，都没有彻底击破。秋，九月，曹操东征袁术，袁术弃军而逃至淮河。
建安三年夏四月（公元198年），曹操遣谒者裴茂，率中郎段煨讨李傕，夷三族。九月，曹操东征徐州，进攻久与他为敌的吕布。在曹军攻势之下，吕布军上下离心，十二月，吕布部魏续、宋宪等，生擒吕布，归降曹操。曹操将吕布、陈宫、高顺等人处死，收降张辽以及泰山豪杰臧霸、孙观等人，初步控制了徐州。
建安四年（公元199年），曹操派史涣、曹仁击破张杨旧部眭固，取得河内郡，将势力范围扩张到黄河以北。消灭睦固后，为了应对将来与袁绍的战争，曹操预作布置，命臧霸等人攻入青州，占领齐、北海等地，巩固右翼，又命大将于禁屯军黄河南岸，监视袁军。不久，张绣听从谋士贾诩之计，投降曹操。曹操大喜，封张绣为扬武将军，解除后顾之忧。
建安四年十二月（公元199年），曹操自率军屯于官渡（今河南中牟北），准备迎击袁绍。
陶谦死后，刘备曾一度出任徐州牧，后徐州被吕布攻占，刘备投奔曹操。曹操以刘备为英雄，先后表他为豫州牧、左将军。曹操攻占徐州不久，淮南袁术欲逃往青州依附袁绍，刘备恐衣带诏之事泄露，自请带精兵五千，前去截击，实则乃脱身之计。
建安五年正月，董承等人奉衣带诏，谋诛曹操事泄，被曹操杀害。刘备遂袭杀徐州刺史车胄，占据徐州。
曹操为避免与袁绍作战时，两线对敌，决定趁刘备立足未稳，先攻下徐州。时诸臣皆怕袁绍乘机而动，来攻许都，曹操对此胸有成竹，言道：“刘备，人杰也，今不击，必有后患。袁绍虽有大志，而见事迟，必不动也。”遂进军，以迅雷不及掩耳之势，击破刘备，刘备逃奔袁绍。
袁绍当时乃北方最强势力，是曹操统一北方的最强对手。袁氏一门，自袁绍曾祖袁安以下，四世居三公位，门生故吏遍于天下，势力极大。后袁绍又取得冀、并、幽、青四州之地，实力大增，拥军数十万。袁绍以其长子袁谭、次子袁熙、外甥高干分守青、幽、并三州，后方稳固，兵精粮足，自己亲自坐镇冀州，根本不把曹操放在眼里。他挑选精兵几十万、战马数万匹，志在一举消灭曹操。
建安五年（公元200年），袁绍命大将颜良等人，进兵白马（今河南滑县北），自率大军进屯黎阳（今河南浚县东），向曹操发动进攻。曹操的实力，比袁绍弱得多，所占黄河以南地区，地盘既小，又是四战之地，残破不堪，尚未完全恢复，粮草远不如袁绍充足。曹操兵力也远不及袁绍，部队不足十万人。
袁绍大军来攻，许都震动。曹操安慰众人说：“吾知绍之为人，志大而智小，色厉而胆薄，好谋而无断，忌克而少威，兵多而分画不明，骄而众令不一，土地虽广，粮食虽丰，适足以为我奉也。”
二月，袁绍大将颜良等人，围攻白马，拉开官渡大战序幕。
四月，曹操亲自率兵北上，解白马之围，并采纳谋士荀攸之计，先进军延津，佯装渡河，吸引袁军分兵西向，然后突然转向，迅速赶往白马。曹操军忽然杀到，袁军措手不及，颜良被关羽斩首，袁军大败，白马之围遂解。曹操救出白马军民，沿黄河西撤，袁绍闻知，立即命文丑、刘备渡河追赶曹操。曹操见追兵渐近，命军士解鞍放马，并置辎重于道，袁军追兵大至，争抢辎重，阵形混乱。曹操率领仅有的骑兵突然杀出，大破追兵，阵斩文丑，袁军大震。曹操初战得胜，主动撤军，继续扼守官渡。
八月，袁绍大军连营而进，东西几十里，依沙堆为屯，进逼官渡。曹操分兵坚守营垒，伺机而动。袁军向曹营发动猛攻，先是作高橹、起土山，由上向曹营中射箭，接着又挖地道，欲从地下袭击曹营，皆被曹操以设投石机、挖掘沟壑之法破解。两军一攻一守，相持近两个月，久战之下，曹操处境极为困难。
十月，袁绍从河北运来粮草万余车，派大将淳于琼等，带万余人看守，屯于离大营四十里之乌巢。这时，袁绍谋士许攸，因向袁绍献偷袭许都之计不成，且在河北的家眷犯法被抓，心生悔恨，而来投曹操，献计让曹操偷袭乌巢。曹操大喜，跣足出迎，之后亲率精锐步骑五千人，军队人衔枚，马勒口，换袁军军装，乘夜从小路偷袭乌巢。曹操军至乌巢，命四面放火，袁军大乱，淳于琼拒营死守。袁绍闻知，急忙派兵救授，曹操左右见贼骑稍近，请分兵拒之。操怒曰：今日之战，向死而生。士卒皆殊死战，遂大破之，斩琼等，尽烧其粮草。
袁绍听说曹操袭击乌巢，认为正是攻破曹操大营之良机，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，曹营尚未破，乌巢败讯已经传来，袁绍大将张郃、高览等人，遂率部投降曹操，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，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，言：“当绍之强，孤犹不能自保，而况众人乎！”
官渡之战，曹操以少胜多，以弱胜强，击溃最强对手袁绍，统一北方已是大势所趋。
建安七年（公元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。
建安九年二月（公元204年），曹操乘袁尚出兵攻打袁谭之机，进军围攻邺城。袁尚率军回救，依滏水为营，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。曹操命人手持缴获的印绶节钺，招降邺城守军，城中斗志崩溃，邺城遂被曹操攻破。
建安十年正月（公元205年），曹操又以负约为名，攻灭袁谭，冀、青二州平定。于是，曹操让还兖州牧，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。
建安十一年（公元206年），曹操攻灭高干，平定并州。
建安十二年（公元207年），曹操为肃清袁氏残余势力，彻底杜绝三郡乌桓入塞为害，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。
当年五月，曹操亲率大军到达无终（今天津蓟县）。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，但尚有微径可寻的老路进军。在田畴引导下，曹操大军登徐无山，出卢龙塞，堑山堙谷，行五百余里，直指乌桓老巢柳城（今辽宁朝阳南）。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。
八月，二军相遇，时曹军辎重在后，被甲者少，而敌军军势甚盛。曹操登高瞭望，见敌军虽多，但阵势不整，遂命大将张辽为前锋，乘敌阵稍动之机，向敌军发动猛攻。乌桓军大乱，张辽阵斩蹋顿，大获全胜，胡、汉降者二十余万，袁尚等人逃奔割据平州的公孙康。此时有人劝曹操，乘势进击公孙康，操言：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，并其首级献与曹操。诸不明所以，曹操言道：“公孙康素畏袁尚等，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，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。”
建安十三年（公元208年），曹操开辟玄武池，训练水军。六月，废三公，恢复丞相制，曹操自任大汉丞相。
从三十九岁至五十三岁，十四年间，曹操经历大小五十余战。先后消灭杨奉、韩暹、袁绍、袁术、陶谦、吕布，收降张绣，征服乌桓，基本统一了北方。自作兵书十余万言，整理注释《孙子》十三篇，深得兵法之要。指挥作战因事设奇，谲敌制胜，变化多端。并且举贤任能，唯才是举，招贤纳士，兴修水利，推行屯田制。还倡导文学新风，创作许多诗歌、散文，推动了建安文学的发展。此时北方已基本平定，曹操将视野转向了南方，统一天下的宏愿，在他的胸中激荡。
此时曹操地盘，已横跨幽州、并州、冀州、豫州、青州、兖州、徐州，东汉十三州，曹操得其七州，而且尽是精华。冀州沃野千里，能人贤士极多，豫州地处中央，得中原者得天下。而此时的刘备，屯居新野小县，地不过一城，兵不过万余，何足与曹操大军抗衡？
眼下形势不是小好，是大好。曹操不禁志得意满起来，他向南眺望，踌躇满志，大业将成，怎能不令人心神激荡？
而新野城上，一位手摇羽扇的年轻人，也正向北而望。他的目光先是忧虑，仿佛数十万大军已到城下。继而坚定，纵有百万大军，亮有何惧哉？我只管尽心谋划，成败交给天意。
两位大汉丞相，隔空相望，南北大战，即将拉开序幕。