建安六年（公元201年）四月，曹操扬兵于黄河边，击破袁绍在仓亭的驻军。袁绍在官渡之败后，收合部队，平定了反叛的诸郡县。九月，曹操回到许县。又南征在汝南的刘备、龚都，刘备投奔刘表，龚都等人皆逃散。
建安七年（公元202年）正月，曹操驻军谯县。又到达浚仪县，治理睢阳渠，又派使者祭祀已故的太尉桥玄。然后，曹操进军官渡。[]
五月，袁绍病死[] ，袁绍之子袁尚继位，袁谭屯兵黎阳。九月，曹操亲自北征，大战于黎阳，袁谭、袁尚多次战败。
建安八年（公元203年）三月，曹操大破黎阳，袁谭、袁尚逃回邺城。四月，曹操进军邺城。五月，曹操引军退还，留贾信守黎阳。[] 不久后，曹操引兵向南，征讨刘表，袁谭、袁尚反目成仇，互相攻击，袁谭不敌袁尚，败走平原，遣辛毗向曹操乞降求救。当时诸将都怀疑有诈，只有荀攸劝曹操答应袁谭，曹操说：“我攻打吕布之时，刘表没有侵犯我方；官渡之战时，他又不肯帮助袁绍。这只是个自守的贼子，应该等到以后再来对付他。而袁谭、袁尚狡猾，我正应该趁北方混乱时发动攻击。就算袁谭挟诈，不肯真心屈服我军，但我击破袁尚，夺取他的地盘，对我军也更加有利。”于是再次北上，袁尚闻讯也退回邺城。当时，袁尚部将吕旷、吕翔背叛袁尚，率众投降曹操，曹操封两人为列侯。[] 袁谭私自刻将军印绶，交给吕旷两人，吕旷把将军印送给曹操，曹操说：“我自然知道袁谭会耍些小聪明。他想让我攻击袁尚，然后趁机略民聚众，自以为破袁尚后，实力足以自强，可趁我军疲敝来与我抗衡。但击破袁尚后，我的势力更加强盛，哪可能会疲敝，让他有机可乘呢？”[305] 曹操为了让袁谭暂时安心，还和袁谭结亲，让自己的儿子曹整娶袁谭的女儿。
建安九年（公元204年）正月，曹操率兵渡过黄河，截断淇水，引入白沟，作为运粮的通道。二月，袁尚再次出兵攻打袁谭，曹操趁机进军邺城。当时苏由、审配镇守邺城，曹操进军到洹水时，苏由投降。曹操到达邺城外，做土山、地道。当时武安长尹楷屯毛城，通上党粮道。四月，曹操留曹洪攻打邺城，亲自击破尹楷。又击破邯郸的沮鹄。易阳令韩范、涉长梁岐皆举县投降。五月，曹操毁土山、地道，作围堑，决漳水灌城，城中饿死者过半。七月，袁尚率军回救，依滏水（今滏阳河）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（今河北定县）。曹操命人拿着缴获袁尚的印绶节钺招降邺城守军，城中斗志崩溃。八月，审配的侄子审荣打开东城门，曹操军一举攻破邺城，擒杀审配。之后，曹操哭祭袁绍墓，慰劳袁绍妻子，将袁绍的家人和宝物都还给了袁家，并赐给他们杂缯絮，供养他们家。[] 从这一年起，曹操把自己的据点北迁到了冀州的邺城，政令军队此后皆从此出，而许县则只留些许官吏。
九月，曹操下令：“河北遭受袁氏之难，不用再上缴今年租赋！”又严厉打压豪强兼并，百姓喜悦。曹操领冀州牧，并上表让还兖州牧。当初，曹操围攻邺城时，袁谭趁机攻取甘陵、安平、勃海、河间，又击破故安的袁尚败军，兼并其众。曹操写信给袁谭，责备他负约，与他断绝婚姻，将他的女儿送回，然后进兵。十二月，曹操进入平原，略定诸县。
建安十年（公元205年）正月，曹操攻灭袁谭，冀、青二州平定。当初袁尚兵败后，投奔幽州刺史袁熙。此月，幽州大将焦触、张南起兵反袁氏，袁尚、袁熙又逃奔三郡乌桓。焦触自称幽州刺史，举郡县归附曹操。[] 四月，黑山军首领张燕率领其部众十余万人投降曹操。[] 故安人赵犊、霍奴起兵，杀死幽州刺史，三郡乌桓又围攻鲜于辅于犷平。八月，曹操率兵北征，斩杀赵犊，又渡河救援犷平，乌桓奔走出塞。
当初，袁绍令其外甥高干领并州。曹操攻破邺城后，高干投降了曹操，仍然被任命为并州刺史。而曹操讨伐乌丸之时，高干举州反曹操，捉拿上党太守，举兵守壶口关。曹操遣乐进、李典讨伐高干，高干退守壶关城。
建安十一年（公元206年）正月，曹操攻打高干，高干留别将守城，自己逃入匈奴，向单于求救，单于不从。曹操围壶关前后三月，最终城陷。高干逃向荆州，在途中被上洛都尉王琰捕杀。] 又东征淳于，遣乐进、李典击破海贼管承。[]
建安十二年（公元207年），曹操回到邺城，大封功臣二十多人，皆为列侯，其余依次受封。
曹操为了肃清袁氏残余势力，也为了彻底解决三郡乌桓入塞为害问题，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。
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