曹操在兗州站穩了根基，並通過採取“屯田天下”的措施，使兗州境內兵強 民富，天下英豪競相歸附，再加上曹操在政治上取得了“挾天子以令諸侯”的主動地位，他便欲策馬揚鞭，與天下群雄逐鹿中原。
當時兗州附近有兩大勁敵，一個是北面的袁紹，一個是東南的呂布，曹操欲 去之而後快。袁紹地廣勢眾，曹操便先拿東面的呂布開刀。建安二年（公元197 年），曹操平定呂布，得了徐州，解除了東顧之憂，實力也進一步強大。而河北的 袁紹擁有翼、青、幽、並四州，軍事實力遠遠超過曹操。曹操認為袁紹“志大而 智小，色厲而膽薄，忌克而少威，兵多而分化不明，將驕而政令不一，土地雖廣 糧食雖豐，適足以為吾擒也”。不久，曹操便以天子的名義征討袁紹。
曹操的目標首先是攻取河內郡。河內郡南控虎牢之險，北倚太行之固，是戰 略要地。曹操親自帶兵渡過黃河，攻下河內。這樣，曹操勢力發展到黃河北岸 控制了戰略要地，攻守皆可，為與袁紹對陣取得了戰略上的勝利。
袁紹躊躇滿志，目空一切，根本不把曹操放在眼裡。於是，他親點精兵10 萬，戰馬萬匹，直奔黃河。袁紹一面揮師南下，還一面派人聯繫劉表、張繡出兵 企圖造成南北夾擊曹操之勢。形勢對曹操不利，曹操決定先發制人。建安四年八月，曹操先渡黃河進軍河北重鎮（今河南榮縣東北）。他派大將臧霸等率領精兵進入青州地界，進行阻擊，防止袁紹從東面進攻，並命大將於禁屯兵河上，又派衛 凱鎮撫關中，穩定西部。，九月，曹操親自領兵出守官渡（今河南中牟縣東北），與 袁紹隔水相望。南方的劉表正忙於征伐張繡，而張繡反而投靠了曹操，使袁紹南 北夾擊的計劃落空。
建安五年（公元200年）正月，袁紹發表檄文，移告州郡，正式向曹操宣戰． 二月，袁紹派大將顏良、淳千瓊和郭圖進攻白馬（今河南滑縣東北），並把10萬 大軍集結在黎陽，準備渡河南進，直搗許都。白馬告急，曹操採取荀攸的策略 引兵至延津，裝著偷襲袁紹後方的模樣，以吸引袁軍注意力。袁紹不知是計，分 白馬之軍救援延津，而此時曹操正率輕騎，解白馬之圍。
袁紹發現中計，便親率大軍渡過黃河，追擊曹操。曹操早已料到，命令軍隊在南面山坡下紮下營，等待袁軍到來，兩軍接戰，袁軍敗走，損兵折將。
袁紹並沒有接受失敗的教訓，仗著人多勢眾，將大軍集結在官渡北面的陽武 （今河南原陽縣東南），與曹操隔水相對。袁紹的謀士沮授主張採取持久戰來消耗 曹軍實力。袁紹一意孤行，並沒有採納沮授的建議，將主力部隊向官渡推進，安 營紮寨，並築好防禦工事。
袁紹大軍逼近，曹操兵力不足萬人，而且糧草將盡。許都的一些官員和曹軍 中的一些將領暗中與袁紹互通信息，形勢十分危急。曹操首先爭取人心，穩定內 部，制定新的稅收政策，實行戶調，以保證軍餉。又派人回到後方進行鎮撫，以 鞏固後方統治。在官渡前線，他嚴肅軍紀，並以身作則，“割發自刑”，整肅了曹營。
九月，曹操向袁軍發動進攻，但沒有取勝，只好退回陣地堅守，等待時機。
但曹操的軍糧一天天減少，士卒越來越疲乏，不能坐以待斃，只有尋找戰機，主 動出擊，迅速解決戰鬥。曹操得到情報，袁紹從河北運來1萬多車糧食，囤積在 大營以北的故市，烏巢（均在今延津縣內），並派大將淳于瓊領1萬精兵駐守。曹 操便親率精銳部隊5千人，打著袁軍旗號，銜枚疾走，把馬嘴也縛起來，出其不 意地包圍了烏巢，放火燒掉糧草，並大破淳千瓊軍。
袁紹聽說曹軍進攻烏巢，便以為官渡空虛，認為是攻下官渡、殲滅曹軍的好 機會。於是命令張瘦、高覽率軍進攻官渡。當他們聽說烏巢糧草被燒，知大勢已 去，便投降了曹操。曹操乘勢出兵，袁紹只領著八百親兵逃回黃河以北，不久， 袁紹抑鬱成疾，吐血身亡。
袁紹死後，袁氏統治集團發生分裂，兩個兒子一袁譚、袁尚各自擁兵自重i 互相攻伐。曹操及時利用他們兄弟間的矛盾，將他們各個擊破：先與袁譚聯手擊 敗袁尚，袁尚隻身前往幽州，投奔次兄袁熙。曹操又揮戈北進，破袁譚千南皮 （今河北南皮境內），袁譚被殺。至此，冀、青二州全部落入曹操手中，袁熙部將 也起義投靠曹操。袁熙、袁尚見眾叛親離，只得逃往塞外，投奔烏丸，幽州也歸 於曹操。
曹操並未罷休，他一定要清除袁氏的殘餘勢力，並阻止烏丸的侵擾。建安十 二年（公元207年）五月，年已53歲的曹操北征烏丸。曹操先在河北開鑿“平 虜"、“泉州“二渠，把淳淪河、孤水、溝河、白河、瀆河連接起來，保證糧食運 輸暢通。曹操大軍到達無終（今河北薊縣），恰逢連天暴雨，道路泥濘，行軍困 難。在田疇的建議並引導下，曹操率大軍出盧龍塞（今河北喜峰口），越百檀（今 河北承德縣西）天險，兵鋒直指烏丸老巢柳城（今遼寧錦州西、朝陽南）。
當曹軍距柳城只有200裡時，烏丸方才發現。他們立即湊集烏丸騎兵1萬餘名，在凡城今河北平泉縣）迎擊曹操。烏丸騎兵英勇善戰，氣勢洶洶，直取曹營．曹操匆忙 應戰，看準烏丸騎陣動亂之時，一舉擊潰烏丸聯軍，並斬殺烏丸蹋頓單千。曹操 又乘勝佔領柳城。袁尚、袁熙逃往遼東，投奔平州牧公孫康。不久，袁氏兄弟為公孫康所殺。
曹操平定烏丸三郡，基本上統一了北方，他又準備回師南下，飲馬長江，一統天下。建安十三年七月，曹操親率大軍南征劉表，一路浩浩蕩蕩，同時又派一支輕騎兵從小道快速行進。曹操大軍還在半路，劉表就得病死了，劉表的第二個兒子劉瓊繼承了其職位。九月，曹操大軍到達新野，劉瓊不戰而降。寄屯於劉表境內 的劉備得知劉瓊投降的消息，由樊城準備退守江陵。曹操發覺劉備打算搶佔江陵 就親率5千名精銳騎兵，以一晝夜三百里的速度追趕劉備，在當陽長扳坡與劉備 相遇。劉備匆忙應戰，被曹操打得大敗，只帶了諸葛亮、張飛、趙雲等幾十人朝 東逃向漢水，會合關羽軍隊，來到夏口，與劉表長子、江夏太宗劉琦會合。曹操 則南下江陵，控制荊州。
曹操又率領水軍順江東下，欲與孫權決戰千江東。孫權勢弱，但周瑜等主戰 派將領堅決要求抵抗。他看到了曹軍遠道而來，必定疲勞，且人心不齊的弱點 恰好這時劉備派諸葛亮前來東吳，向孫權挑明利害。在諸葛亮舌戰群儒、反覆勸 說孫權之後，劉備和孫權終於走向聯合，共同對付曹操。而曹操此次南下，客觀 條件並不成熟。這時，關西的馬超、韓遂威脅著曹操的後方，曹操的主力部隊剛平定烏丸三郡，尚未休整，士兵多為北方人，不習水戰，又正值嚴冬，戰馬缺乏 飼料。果然大軍乘船東進時，很多士兵得了疫病，並在軍中傳染蔓延，戰鬥力迅 速下降。先頭部隊在長江南岸與孫劉聯軍一相遇，便吃了敗仗，退守赤壁。曹操 為克服戰士不習慣水上生活的弱點，下令用鐵鏈把船鎖在一起，這樣可以避免風 浪顛簸，但戰船相互牽制，不能機動靈活作戰，其致命的弱點是怕火攻。周瑜手 下將領黃蓋正好看到了這一點，他詐降曹操，乘著東南風，帶著裝有柴草並注有 油膏的蒙衝鬥艦，在離曹營不遠處點燃柴草。風猛火烈，直衝入曹營。曹操戰船 著火，因鐵鏈鎖著又無法分開，頃刻之間，曹操的艦隊化為灰炵。江南岸的周瑜隔岸觀火，並指揮快船衝殺過來。這一仗，曹操大敗。
曹操帶領著剩下的軍隊，向華容（今湖北監利西北）小道撤退。屋漏偏遭連 陰雨。路上暴雨滂淪，道路泥濘，曹軍個個步履維艱，曹操下令士兵背草填鋪道 路，騎兵才勉強通過。劉備、周瑜水路並進，追趕曹操直到南郡。這時，曹軍又 餓又病，死了一大半，曹操就留下徵南將軍曹仁、橫野將軍徐晃鎮守江陵，折衝 將軍樂進鎮守襄陽，自己率軍返回北方。
赤壁之戰後，由千孫劉聯軍長期圍攻江陵，曹操就命曹仁放棄江陵，向北撤 退，把戰略據點收縮在襄陽、樊城一帶，死守據點不放。在東面的合肥，曹操與 孫權處千相持狀態。江東孫權的政權更加鞏固。劉備則自領荊州牧，又從劉璋那 裡取得益州。這樣，三國鼎立的局面形成了。
關西馬超、韓遂一直是曹操的心腹大患。建安十六年（公元211年）七月 曹操親自率軍西征，過潼關，渡黃河，大敗馬超、韓遂，他們隻身逃往涼州，關中遂定。馬超失敗後，又召集各路武裝，並聯絡氐、羌軍隊，企圖捲土重來。結 果曹操大軍一到，便潰不成軍。馬超逃往漢中，投奔張魯。而此時的張魯雖仍佔 據巴、漢地區，但也是難以自保。建安二十年，曹操又親征漢中，張魯投降。至此，關西全部平定。
曹操從陳留起兵到最後與孫權相持合肥，可謂南征北戰，戎馬一生。他在爭奪漢中時總結道：“為將當有怯弱時，不可當恃勇也。將當以勇為本，行之以智計；但知任勇，一匹夫敵耳。“曹操正是這樣的一個智勇雙全的傑出軍事指揮家。
