（一）分析遠征形勢
曹操平定河北後，首要問題便是征討烏桓了。
東漢時期，在今遼河流域、河北和山西的北部直至內蒙地區，散居著烏桓人。烏桓亦作烏丸，是我國北方一個以遊牧射獵為生的少數民族。其中居住在遼西、遼東、右北平三郡的烏桓人勢力最強，被稱為三郡烏桓。東漢末年，烏桓的勢力逐漸強大起來，尤以遼西單於蹋頓最為強悍。中原混戰，烏桓的奴隸主貴族經常乘機向漢族人民進行侵擾。袁紹占據幽州時，曾用東漢朝廷的名義封三郡烏桓的首領為單於，並把本家的女兒嫁給他們當妻子，妄圖勾結烏桓的奴隸主貴族來鞏固他在中原地區的割據勢力。所以，當袁紹集團的殘餘勢力喪失了割據地盤以後，就在袁尚、袁熙的率領下逃向三郡烏桓去了。袁紹集團的殘餘勢力與烏桓奴隸主貴族勢力的結合，無疑對曹操鞏固大體上已經完成的北方統一局麵是一個巨大的威脅。
為了清除袁氏殘餘勢力，統一北方，曹操準備遠征烏桓。
遠征烏桓卻並非輕而易取。當時，劉備正依附荊州的劉表，一直在勸說劉表討伐曹操。如果劉表在曹軍遠征烏桓時，趁機起兵進攻後防空虛的許昌，那後果將非常嚴重。曹操對此也相當慎重，召集手下文臣武將廣泛討論。諸將均不讚同，他們認為：“袁氏兄弟，隻不過是亡命之人，根本不足為慮。夷狄貪而無親，烏桓又豈能為袁尚所用？如果大軍遠征，深入烏桓地區，劉備必然勸說荊州的劉表趁機襲擊許都。一旦發生變故，到那時後悔可就來不及了。”
當曹操提出討伐烏桓時，他的大部分將領都不同意，認為袁尚、袁熙敗逃，大勢已去，烏桓的奴隸主貴族絕不會聽從他們而動用兵力。若遠征烏桓，在荊州的劉備必然慫恿劉表乘機襲擊許昌，後果將不堪設想。就在眾人反對之下，郭嘉又提出不同於他人的見解，他指出：“曹公您雖然威震天下，胡人卻自恃地處偏遠，一定不設防。趁烏桓自恃遠離中原，在軍事上沒有準備，突然對其進行征伐，有把握取得勝利。袁紹集團雖然大勢已去，但袁尚、袁熙人還在，卷土重來的賊心不死，如果不乘勝追擊，予以徹底殲滅，他們必然要和烏桓奴隸主貴族乘機侵擾幽、冀、並、青等州。而幽、冀、並、青四州的百姓僅僅是因為懼怕您的兵威而依附您，您還沒有向他們施以恩德，放棄而南征劉表，袁尚利用烏桓的資助，招集那些能為主子而死的忠臣，胡人一動，百姓和少數民族一起響應，從而使蹋頓萌生野心，實現他們非分的企圖和計劃，恐怕青州、冀州就不歸我們所有了。”至於荊州的劉表，郭嘉鄙夷地指出：“劉表不過是個坐在那談天的說客罷了，他自知自己的才能不如劉備，也難以控製住劉備。他疑忌劉備，絕不會重用劉備來襲擊許昌。如不重用劉備，劉備也絕對不肯真心實意為他出力。他們之間這種複雜而微妙的關係，決定了他們不會有什麼大的作為。因此，即使您全力遠征，國內空虛，也用不著憂慮，因為劉表也不會有什麼大的舉動。”郭嘉主張徹底消滅袁紹集團殘餘勢力的戰略方針，無疑是正確的。曹操聽罷茅塞頓開，完全同意郭嘉的分析，郭嘉算是看清楚了劉表的為人和劉備的野心，斷定劉表不僅不會出兵，而且還會牽製住劉備，而事實果然如他所料。而郭嘉關於荊州劉表不會對曹軍構成威脅的預斷，更使曹操集團文武大員們放下心來。建安十二年（207年）二月，曹軍開始北征。
（二）製定遠征策略
五月，大軍到達易縣（今河北雄縣西北），郭嘉又提出了遠征烏桓的具體策略和戰術。
在進軍途中，他覺察曹軍行動遲緩，郭嘉便馬上對曹操說：“兵貴神速。如今從千裏之外襲擊敵人，輜重繁多，難以急速順利地前進，如果被他們知道了，一定會有所防備；不如留下輜重車輛，輕兵出發加倍趕路，乘其不備進行襲擊，打敵人個措手不及。”曹操采納了郭嘉的這個意見，秘密地帶兵從盧龍塞出發，直指單於庭。曹軍輕裝前進，選擇烏桓放鬆戒備的小道，悄然越過盧龍塞（今河北青峰口），跨過白檀（今河北寬城），經平岡（個湖北平泉），穿鮮卑庭，直逼柳城（今遼寧朝陽南）。經過五百多裏艱險的山穀地帶，直搗三郡烏桓奴隸主貴族的老巢柳城。當曹軍到達白狼堆時，因為距離蹋頓的大本營柳城僅僅有二百多裏路了，烏桓才得知曹軍前來的消息，袁尚、袁熙和烏桓單於蹋頓以及遼西單於樓班、右北平單於烏延等，匆忙帶領數萬騎兵前來迎戰。曹操登上了白狼山，雙方兵馬奮力拚殺。曹軍雖裝備輕簡，人數不多，但準備很充分。烏桓騎兵看似來勢凶猛，士氣旺盛，卻終歸是倉促應戰，軍心難免不穩。曹操令張遼為先鋒，縱兵大擊。敵軍各部協調混亂，潰不成軍，結果被打得落花流水。曹軍大勝，蹋頓單於被斬，烏桓及漢卒降者二十多萬人。