冀州別駕王修從青州快馬趕來，勸告袁譚不要聽信別人的讒言，破壞了兄弟之間“左右手”的關係，要他和袁尚兄弟兩個人重新和好，認為這樣做就可以戰勝一切外敵。但是袁譚根本不聽，繼續在南皮地區不斷蓄養兵力，還聯合了冀州、青州的一部分郡縣，公開建立了反對鄴城袁尚政權的勢力，讓袁氏集團形成了東南兩大派的激烈對抗。
這時候在鄴城的袁尚急於想把袁氏集團重新統一，所以就以大將軍的名義號召袁氏集團裏的其他勢力，和他一起進攻袁譚。就這樣雙方又開始激戰，這次袁譚又被打敗，被袁尚圍困在平原城。
這時候郭圖就給袁譚出主意，讓他派使者去向曹操求助，想借助曹操的力量打擊袁尚。袁譚無奈之下，隻好答應了。兄弟鬩於牆，引狼入室。早知如此，當初幹嘛還抱成團跟人打呢？內訌從來都是取敗之道。
袁譚派出的使者見到曹操的時候，曹操已經準備對劉表發起進攻了。曹操知道袁譚被圍的消息後，也拿不定主意到底救不救袁譚，就召開軍事會議討論。結果有的人說要先拿下劉表，有的人說要先打劉備，大部分人都不同意救袁譚。但是郭嘉和荀攸都覺得劉表不足為慮，劉備兵少，也不是什麼大患。如果讓袁尚過早擊敗袁譚，袁氏集團就會重新統一，那威脅可就大了。
於是曹操決定出兵解救袁譚。這一年十月，曹操率領軍隊抵達黎陽。袁尚得到曹操將要進攻鄴城的消息，馬上解除了對平原的包圍，率領軍隊保衛鄴城。曹操也不願在這時候和袁尚開戰，就率軍回到許都。
公元204年，曹操率兵渡過黃河。二月，袁尚再次率領軍隊攻打平原，留下了審配和蘇由駐守鄴城。審配這時候給袁譚寫了一封信，信中軟硬兼施，要袁譚放下手中的武器，完全接受袁尚的指揮，袁譚根本就置之不理。
曹操趁著袁氏兄弟相互進攻的機會，率領軍隊直接向鄴城開來，很快就來到了鄴城西南50裏處的洹水岸邊。鄴城中的蘇由想做曹操的內應，計劃卻不慎泄露出去，和審配打了起來。蘇由打不過審配，帶領自己的部下投奔曹操，把城內的詳細情況向曹操作了報告。
曹操了解了城內的情況後，立即率軍猛烈攻城。但卻很長時間都攻不下鄴城，戰鬥進行得非常激烈。在攻城期間，曹操還派兵占領了鄴城外圍的許多郡縣。攻城的戰鬥一直持續到這年的八月份，還是沒能夠把鄴城攻下。這時候袁尚聽說鄴城危急，就在七月份的時候撤除平原之圍，率1萬多軍隊回救鄴城。結果袁尚被曹操打得大敗，所帶領的軍隊幾乎全軍覆沒，袁尚自己隻帶了幾個隨從，逃到他二哥袁熙那裏去了。
八月中旬，因為叛徒的出賣，鄴城終於被曹軍攻破，守城的審配拒不投降，曹操無奈隻好將他殺死。
至此，袁氏集團的殘餘勢力已經所剩無幾了。
曹操攻破鄴城後，為了安定人心，還隆重拜祭了袁紹。
過了不久，袁紹生前所任命的並州刺史高幹在並州歸降了曹操，曹操仍然讓他留任原職。
這期間，又有一些重要的士人加入了曹操集團。除了許攸和辛毗（破鄴城後，被曹操上表推薦他為議郎）這個時候已經在曹操軍中外，新加入的還有崔琰、陳琳和牽招這些人。
平定鄴城之後，曹操又成功擊敗了袁譚，在南皮城下殺死了袁譚。殺死袁譚之後，經過了一段時間的充分休整，曹操準備繼續率兵北上，進攻占據幽州的袁熙。這時候袁熙手下的部將焦觸、張南兩個人眼看袁氏集團大勢已去，就趁袁熙不防備的時候，突然發動了兵變，把袁熙、袁尚兄弟趕出了幽州，他們兄弟二人沒有辦法，隻好投奔遼西的烏桓去了。
隨後，曹操親自率領大軍北征烏桓，打敗了他們。此時幽州也完全落入曹操掌中。
後來高幹反叛，曹操又率領軍隊消滅了高幹。
至此，袁紹過去所占據的冀、青、幽、並四州全部都落入曹操手中，曹操已經基本上統一了北方，北方的所有地區現在都在名義上臣服了曹操。曹操終於如願當上了北中國的霸主。