建安十七年（212年），汉献帝准予曹操“参拜不名、剑履上殿”，如汉丞相萧何故事。
同年蒲月，复《禹贡》九州。汉献帝册封曹操为魏公，加九锡、建魏国，定都城于邺城。魏国具有冀州十郡之地，置丞相、太尉、大将军等百官。
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将其名王来贺。同年郭嘉因水土不平、气候卑劣、日夜急行劳累过分，在曹操北归前病逝。
建安十五年春，曹操下《求贤令》，说：“今天下尚不决，此特求贤之急时也……二三子其佐我明扬仄陋，唯才是举，吾得而用之。”
关中马超、韩遂、杨秋等十部心生疑惧，一时俱反。曹操当即派大将曹仁打击关中，马超等人屯据潼关。
建安十三年（208年），斥地玄武池练习水军。六月，曹操废三公，规复丞相轨制，并自任汉朝丞相。根基安定北方后，兵锋转而南向。
这时，官渡之战后投奔刘表的刘备屯驻于樊城（今湖北襄樊），传闻刘琮投降，便率军向江陵（今属湖北）撤退。
八月，曹军进至离柳城不敷二百里时，乌桓才发明，因而蹋顿与袁尚、袁熙等人率数万马队迎击。二军相遇，时曹军辎重在后，“被甲者少，”而乌桓军军势甚盛。
蒲月，曹操亲率雄师达到无终（今蓟县）。时正雨季，门路积水，“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“另有微径可寻”的线路进军。
八月，刘表病死，其子刘琮接任荆州牧。
建安十年（205年）正月，曹操又以误期为名，攻灭袁谭，冀、青二州安定。因而，曹操上表让还兖州牧，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。同年，黑山军首级张燕带领其部众十余万人投降曹操。
归程途中，据《曹瞒传》记录：“时寒且旱，二百里无复水，军又乏食，杀马数千匹觉得粮，凿地入三十馀丈乃得水。既还，科问前谏者，众莫知其故，大家皆惧。公皆厚赏之，曰：‘孤前行，乘危以徼幸，虽得之，天所佐也，故不成觉得常。诸君之谏，万安之计，是以相赏，后勿难言之。’”
周瑜用诈降之计，命大将黄盖率小战船十艘，上装柴草，灌以膏油，船头钉上大钉，遁辞投降，向北岸而进，至离曹营二里之处时，各船一齐燃烧，然后借助风势，直向曹军冲去，曹军大败，舟船被烧。
曹操自江陵东下，至赤壁（今湖北武昌县西赤矶山）与孙、刘联军接战倒霉，暂驻军于乌林（今湖北洪湖县东北），与对方隔江对峙。
曹操登高瞭望，见乌桓军虽多，但步地不整，遂命大将张辽为前锋，乘乌桓军阵稍动之机，向乌桓军策动猛攻。
玄月，马、韩等再主要求割地，并送任子以乞降，曹操采取贾诩的建议，伪许之，并再次大败韩、马军。韩遂、马超败走凉州，杨秋则逃回安宁，曹军阵斩成宜和李堪等叛将，关中自此安定。
曹操率军从华容道（今湖北监利西北）陆路撤回江陵，撤兵北还。
建安十二年（207年），曹操为了清除袁氏残存权势，也为了完整处理三郡乌桓入塞为害题目，决定远征乌桓。
玄月，曹操雄师进至新野，刘琮觉得没法抵挡，举荆州之众投降曹操。
从这一年起，曹操把本身的据点北迁到了冀州邺城，政令军队而后皆今后出，而汉献帝的都城许县则只留些许官吏。
建安十八年（213年），曹操起兵号称四十万，亲身南征孙权。次年正月，曹军进至濡须口（今安徽巢县东南），攻破孙权设在江北的营寨，活捉其将公孙阳。