初次交鋒，袁紹便連失兩員名將，士氣銳減。曹操企圖乘勝追擊，結果未能取勝。於是雙方展開了對峙。
經過一段時間的休整，袁紹又調集主力部隊向官渡進攻，準備與曹操決戰。此時曹操的軍隊是糧少兵寡，便有收兵的打算。曹操派人給荀彧送信，商討撤兵之事。可是荀彧分析了形勢說：“袁紹以全師聚集官渡，要與明公決勝負。明公以至弱擋至強，若不能打敗袁紹，必為袁紹所乘。這是處在改變天下大局的關頭。”並且進一步指出，曹操以袁紹十分之一的兵力，阻其半年有餘，袁紹不能取勝，說明他已是智窮計盡，千萬不可失去這次擊敗袁紹的機會。堅定了曹操與袁紹決戰的信心。接著曹操采納了荀彧的計策，派徐晃、史渙截燒了袁紹幾千車軍糧。不久，袁紹又從河北運到軍糧1萬多車，囤積在大營以北的烏巢，派大將淳於瓊率近萬名士兵守護。這時袁紹的謀士許攸因家屬被捕而投奔了曹操，把袁紹屯糧的情況全部告訴曹操。
曹操大喜，親自率5000人馬，借夜色掩護，打著袁軍旗號，直奔烏巢。一到烏巢，便縱兵圍屯焚燒起來，淳於瓊慌忙迎戰。曹操率軍猛攻，大破袁軍，斬殺淳於瓊等數千人，把袁紹的1萬多車糧食全部燒盡。
其實在曹操夜襲烏巢時，張郃已建議袁紹派重兵前往營救，可是他隻派了少數部隊前往。相反自作聰明地對袁譚說：“趁曹操進攻淳於瓊，我們就去拿下他的大營，使他再無歸處了。”竟令張郃、高覽率重兵去攻打，結果大營未攻下，損失慘重。
烏巢失守，糧食盡焚，使袁軍大亂。張郃見大勢已去，又有郭圖陷害他，說他“快軍之敗，幸災樂禍，恐懼不安”。便一氣之下，與高覽投奔了曹操。袁軍全線崩潰，曹操乘勢發起總攻，大獲全勝。袁紹帶領800騎兵渡河北逃，餘部投降。此一戰，曹操斬殺袁軍將士7萬多人。
官渡之戰的勝利，改變了整個局勢，為曹操統一北方奠定了基礎。
曹操平定了冀、幽、並、青州後，又征服了烏桓。曹操回到鄴城後，為了加強對朝廷的控製，他上書漢獻帝，“罷三公官，置丞相、禦史大夫”。結果由他自己擔任了丞相，事權歸一，總攬了朝中大權。曹操的舉動，引起了一些士族和皇族成員的極大不滿。
此時孫權在長江下遊，皇族劉表占據荊州。為了實現統一中國的雄心，曹操決定率軍南下。他首先攻擊的目標是荊州，然後由徐州沿江東下，夾擊孫權。
曹操親自率領10萬大軍直奔宛城，還沒有到達荊州，劉表因病去世。劉表的兩個兒子向來不和，長子劉琦在劉表死前出任江夏太守去了，次子劉琮繼承了荊州牧。曹操的軍隊一到新野，劉琮便派使者來迎降了，曹操非常高興，便欣然接受了他的降請，並且接收了劉表的七八萬軍隊和大量軍用物資。此時曹軍已擴大到二十幾萬人，並在江陵設立了大本營。
劉備自被曹操趕出徐州後，失去了地盤，隻好依附劉表，屯兵樊城。他正在加緊訓練軍隊，準備迎擊曹軍。等他知道劉琮投降時，曹軍已到達宛城，於是急忙率領1萬多軍隊向江陵逃去。曹操擔心劉備先占江陵，便親率5000騎兵，日夜兼程進行追擊，結果在長阪擊潰劉備，占據江陵。曹操輕取荊州，再據江陵，躊躇滿誌，準備一舉擊敗孫權。
曹操大軍席卷江東，孫權手下的文武官員十分懼怕。是戰是降，孫權一時拿不定主意。又收到曹操的恐嚇信，信中號稱有80萬大軍，要在吳地同孫權一決高下，意思是逼孫權投降。劉備準備聯合孫權共同抗擊曹操，便令諸葛亮去遊說孫權。諸葛亮向孫權分析了取得勝利的可能性：曹操士卒疲乏，不習水戰，新收民眾心裏不服。孫權表示讚同，於是孫劉聯軍組成，準備共同抗擊曹操。
當時，曹操的軍隊屯駐烏林，孫權、劉備聯軍駐在赤壁。曹軍麵對大江，發揮不出戰鬥優勢。水軍中又有不習水戰的，而新附的水軍又沒有戰鬥力。再加上北方人不習慣水上生活，很多人得了流行性疫病。為了減少風浪的波動，曹操下令把船艦分排用鐵環鎖在一起。老謀深算的曹操，自以為這是好辦法，便準備尋機向南岸發動進攻。東吳老將黃蓋，看出了連環船的致命要害，趁機向周瑜獻上火攻之計。黃蓋便寫了一封詐降書，約定好投降的日期和信號。曹操因屢戰皆勝，便放鬆了警惕，欣然接受。
一天夜晚，黃蓋帶領數十艘大船出發，船上裝滿了澆了油的幹柴草，外麵用布圍好，插上約定旗號，順風向曹操大營駛去。在離曹營不遠的地方，黃蓋命令同時點火，衝向水寨。火借風勢，頃刻間曹營中一片火海。結果曹操的連環船被燒得一幹二淨，周瑜和劉備乘勢向曹軍猛攻，曹軍大敗。這便是有名的赤壁之戰。從此曹操退回北方。
赤壁之戰失利後，曹操才真正感到兼並群雄、消除異己並不那麼容易。此時，他的政敵們正在利用他的失敗加緊了對他的攻擊。尤其他在政治上實行“挾天子以令諸侯”的方針，政敵們懷疑他有“不遜之誌”，要他交出兵權。權力之爭是你死我活的，尤其在漢朝末年那特殊的戰亂年代，更是如此。當然曹操對威脅到自己政權的人，是從來不講客氣的。官渡之戰前，他對車騎將軍董承等人的政變，進行了無情鎮壓，尤其南下兩個月後，便命親信殺死了政敵孔融。
曹操應該說是一個有頭腦的政治家，如果一味殺戮消滅政敵，反而會樹敵日多，應該在意識形態方麵做些工作。於是他發表了《讓縣自名本誌令》，表明自己對漢室的忠心，決無“不遜之誌”。同時也表明讓他放棄權力是不可能的。可是過了不久，權力的欲望竟使他又逼死了心腹謀士荀彧。說穿了，他的這個目的，隻是想安撫一下政敵，但真的對他有威脅，他還是不留情麵的。