遠證烏桓
三郡烏桓趁天下的動亂，攻下幽州，掠取漢民合計十餘萬戶。袁紹把他們的首領都立為單於，把族人的女孩子作為自己的女兒，嫁給他們做妻子。遼西單於蹋頓尤為強大，被袁紹所看重，所以袁尚兄弟投奔他，頻繁入塞造成災難，曹操準備征討他們。
十二年春季二月，曹操從淳於返回鄴城。丁酉日，下令道：“我發動義軍鏟平暴亂，到現在有十九年了，所征討的必定戰勝，難道是我個人的功勞嗎？這是有才能的士大夫們的力量啊。天下雖然尚未完全安定，我應當和有才能的士大夫們一起平定它。可是獨自享有那些功勞，我怎麼能夠心安理得心安理得：自認為事倩做得合乎情理，心中坦然無憾。呢？要趕緊評定功績、實行封賞。”於是廣泛地封賞二十多位功臣，都封為列侯，其餘的人各按功勞大小受封，並且免除死難者的子孫的徭役，封賞或輕或重各有差別。
將要北征三郡烏桓，各將領都說：“袁尚，是一個逃亡的敵人罷了，夷人貪婪而沒有愛心，哪裏會被袁尚所利用？如今深入征討他，劉備必定說服劉表來襲擊許都。萬一發生事變，後悔也來不及了。”隻有郭嘉算定劉表必定不會信任劉備，勸曹操北征。夏季五月，到達無終。秋季七月，發大水，沿海道路不通，田疇請求擔任向導，曹操聽從他，帶領軍隊出盧龍塞，塞外道路斷絕不通，於是開山填穀五百多裏，路過白檀（tán），經曆平岡，走過鮮卑族地區，向東直撲柳城，距離柳城二百裏時，敵人才知道消息。袁尚、袁熙和蹋頓、遼西單於樓班、右北平單於能臣抵之等人帶領數萬騎兵迎戰曹軍。八月，曹操登上白狼山，突然跟敵人碰上，敵兵非常多。曹操的輜重尚在後邊。披戴鎧甲的人很少，左右的人都害怕。曹操登上高處，望見敵軍的陣勢不整齊，就出兵攻擊敵陣，派張遼做先鋒，敵軍大崩潰，斬了蹋頓和名王以下多人，投降的胡人和漢人共二十餘萬人。遼東單於速仆丸和遼西、右北平各頭領，扔下他的族人，跟袁尚、袁熙逃奔到遼東，相隨的部下尚有數千騎兵。當初，遼東太守公孫康依仗地處偏遠不肯歸服。等到曹操打敗烏桓，有人勸說曹公立即征討他，就可以捉住袁尚兄弟倆。曹操說：“我正讓公孫康斬下並且送來袁尚、袁熙的人頭，不去麻煩軍隊了。”九月，曹操率兵從柳城回來，公孫康隨即斬了袁尚、袁熙和速仆丸等人，把他們的人頭送來。將領中有人問；“曹公回來而公孫康斬下並送來了袁尚、袁熙的人頭，是什麼原因呢？”曹操說：“公孫康向來害怕袁尚等人，我緊逼他就把力量聯合起來，放鬆他就會互相算計，情勢就是這樣啊。”十一月到達易水，代郡烏桓代理單於普富盧、上郡烏桓代理單於那樓帶領他們的名王前來祝賀。
十二年春季正月，曹操回到鄴城。開鑿玄武池來訓練水軍。漢朝廷撤消三公的官職，設置丞相、禦史大夫。夏季六月，任命曹操為丞相。
赤壁之戰
公元200年，曹操統一了北方，占據了八州的地盤，形成了獨占中原的格局。接著他又揮師平定遼東地區的烏桓勢力，基本穩定了後方地區，一時間成為當時曆史舞台上不可一世的風雲人物。然而，對於素懷雄心大誌的曹操來說，統一北方地區，隻能算作是統一天下的第一步而已。他的宏偉目標，是掃平所有的割據勢力，重新統一天下。於是他便積極從事南征的戰爭準備。一切就緒後，曹操緊擂戰鼓，興起大軍，浩浩蕩蕩向南方地區殺奔而來。
當時，南方的主要割據勢力有兩個，一個是立國三世的東吳孫權政權，他據有揚州六郡。這些地方土地肥沃、物產豐富，在當時戰亂較少。而北方人的南遷又給當地帶來了先進的生產技術，因此東吳的經濟有了長足的進步。在軍事上，孫權擁有精兵數萬，有周瑜、程普、黃蓋等著名將領，內部團結，加上據有長江天險，因而使它成為曹操吞並天下的主要障礙。
另一個是荊州的劉表。他基本上采取了維持現狀的政策。但他年老多病，處事懦（nuò）弱，其子劉琦和劉琮又因爭奪繼承權而鬧得不可開交，所以政權並不穩固。至於劉備，在當時還沒有自己固定的地盤。他原來依附袁紹，官渡之戰後投奔劉表。劉表讓他屯兵新野、樊城一帶，為自己據守阻止曹軍南下的門戶。但劉備號稱梟雄梟（xiāo）雄：強橫而有野心的人物。誌在複興漢室，所以就趁著這一機會擴充軍隊、網羅人才。他這時擁有諸葛亮、關羽、張飛、趙雲等謀士、猛將，是曹操吞並天下的又一重要障礙。
公元208年七月，曹操率軍南下，他的第一個戰略目標是荊州。荊州曆來為兵家必爭之地，如占據了它，既能夠控製今湖北、湖南地區，又可以順江東下，從側麵打擊東吳，向西進軍則可以奪取富饒的益州（今四川）。就在戰爭一觸即發的緊要關頭，劉表於八月因病一命嗚呼了。接替他的次子劉琮更不爭氣，他讓曹操的兵威嚇破了膽，未作任何抵抗，就將荊州拱手獻出。曹操兵不血刃，完成了南下戰略的第一步，於是曹操率領號稱80萬的大軍，自江陵（今湖北江陵）沿江東下直逼夏口（今湖北武昌）。劉備與劉表的長子劉琦一道率領大約2萬左右的士兵，防守夏口，因為兵力懸殊，就派諸葛亮到江東去聯合孫權，共同抗曹。
當時曹軍中多是北方人，善於陸戰，不善水戰，又是遠道而來、疲憊不堪、水土不服，生病的士兵很多。戰鬥力大大減弱，而曹操軍隊中，隻有荊州降將會打水仗，但是東吳大都督周瑜使用反間計使曹操以為他們要造反，殺了他們，這樣曹操手下就沒有善於帶水兵的將領了。
曹操的士兵，不習水性，長江的風浪把他們顛簸得口吐黃水，苦不堪言，東吳派謀士龐統向曹操獻“連環計”，讓曹操把戰船都連成一片，上麵鋪木板，使各船的士兵、戰馬可以互相走動、如同平地，曹操非常高興，沒有識破這計謀。
周瑜的部將黃蓋針對敵強我弱、不宜持久及曹軍士氣低落、戰船連接的實際情況，建議采取火攻，奇襲曹軍戰船。周瑜采納了這一建議，製定了“以火佐攻”，因亂而擊之的作戰方略。並由黃蓋假裝投降曹操，麻痹（bì）曹軍。
接著，周瑜讓黃蓋寫信向曹操約定了投降的時間。曹操不知是計，欣然同意。黃蓋率船數十艘，滿載幹草，灌以油脂，並巧加偽裝，插上旌旗，同時預備快船係掛在大船之後，以便放火後換乘，然後揚帆出發。當時，江上天氣反常，正猛刮東南風，戰船航速很快，迅速向曹軍陣地接近。曹軍望見江上船來，都以為是黃蓋如約前來投降，紛紛擠到船頭看熱鬧，絲毫不加戒備。
黃蓋在距曹軍1公裏處，下令各船同時點火。一時間火光衝天，船箭一般地直衝曹軍戰船。而曹軍船隻首尾相連，分散不開，移動不得，頓時便成了一片火海。這時，風還是一個勁地猛刮，熊熊大火很快向岸上蔓延，一直燒到了岸上的曹軍營寨。曹軍將士被這突如其來的大火燒得驚慌失措、鬼哭狼嚎、潰不成軍潰不鹹軍：形容慘敗。燒死、溺死者不計其數。在長江南岸的孫、劉主力艦隊乘機擂鼓前進，橫渡長江，大敗曹軍。
曹操狼狽不堪，被迫率軍由陸路經華容道向江陵方向倉皇撤退，又遇上大暴雨，道路泥濘不堪，以草墊路，才使得騎兵得以通過。一路上，人馬自相踐踏，死傷累累。孫、劉聯軍乘勝水陸並進，窮追猛打，擴大戰果，一直追擊到南郡（今湖北江陵境內）。曹操留曹仁、徐晃駐守江陵，樂進駐守襄陽，自己率領殘兵敗將逃回到北方。
這場赤壁大戰至此以孫權、劉備方麵大獲全勝而宣告結束。
誘韓遂勝馬超
此時漢中馬超與韓遂、楊秋、李堪、成宜等人反叛。曹操派曹仁去討伐他們。馬超等人駐紮在潼（tónɡ）關，曹操命令各將領：“關西士兵精銳強悍（hàn），要堅守壁壘不要跟他們交戰。”秋季七月，曹操西征，與馬超等人的部隊夾著潼關駐軍。曹操緊緊地牽製敵軍，而暗中派徐晃、朱靈等人乘夜渡過蒲阪津，占據黃河西岸紮營。曹操從潼關北麵渡河，還未渡過去，馬超追趕渡船急忙攻打。校尉丁斐（fěi）因而放出牛馬來引誘敵人，敵人騷亂去搶奪牛馬，曹操才得以渡過河去，沿著黃河修築通道而向南推進。敵人撤退，在渭口進行抵抗，曹操於是在許多地方設置疑兵，暗中用船載著士兵進入渭水，架設浮橋，夜裏，分兵在渭水南岸紮營。敵人乘夜攻打軍營，伏兵打敗了他們。馬超等人駐守在渭水南岸，派遣信使請求割讓黃河以西地區講和，曹操不答應。九月，進軍渡過渭水。馬超等人頻繁挑戰，又不應戰，堅決請求曹操割地，送兒子來做人質。曹操采用賈詡的計策，假意答應他。韓遂請求跟曹操相見，曹操跟韓遂的父親是同年孝廉。又跟韓遂是同輩人，於是兩人馬靠著馬交談了好一陣子，但不涉及軍事，隻談京都老朋友之間的舊事，拍手歡笑。會見完畢，馬超等人詢問韓遂：“曹操說了些什麼？”韓遂說：“沒有說什麼啊。”馬超等人對他起了疑心。另一天，曹操又給韓遂寫信，有多處修改塗抹，好像是韓遂改定的樣子，馬超等人更加懷疑韓遂。曹操就與馬超等人約定日期會戰，先用輕裝的士兵挑戰，交戰了很久，才出動勇猛如虎的騎兵夾攻，大敗敵軍，斬了成宜、李堪等人。韓遂、馬超等人逃跑到涼州，楊秋逃到了安定，關中平定。各將領中有人問曹操道：“當初，敵軍把守潼關，渭水北岸沿途空虛，不從河東攻打馮翊卻駐守潼關。拖延一段日子而後北渡黃河，為什麼呢？”曹操說：“敵軍把守潼關，如果我軍進入河東，敵人必定去防守各個渡口，那麼就無法渡過西河去，我故意把大軍開向潼關；敵軍全部人馬在南麵防守，西河的防備就空虛，所以徐晃、朱靈二位將領能夠專力奪取西河；然後率軍北渡黃河，敵人不能跟我們爭奪西河，是因為有徐晃、朱靈二位將軍的軍隊啊。連接車輛樹立柵（zhà）欄，修築通道向南推進，既是作不可戰勝的準備，又把兵力薄弱顯示出來。渡過渭水修建堅固的營壘，敵人前來也不出去應戰，是以此來助長敵人的傲氣啊；所以敵人修築營壘而請求割讓土地。我順從他們的請求答應了他們。順從他們的心意的原因，是使他們安心而不作準備，我們乘機積蓄士兵的力量，一旦攻擊他們，就如同所說的疾雷不及掩耳的了，況且軍事上的變化，本來就不是隻有一種方法啊。”起初，敵人每有一支部隊到達，曹操就露出高興的臉色。敵人被打敗之後，將領們詢問其中的原故。曹操答道：“關中地區遼闊，如果敵人各自據守險要的地方，沒有一、二年是不能平定的。如今敵軍都前來集中，他們人數雖多，卻互不統屬，軍隊裏沒有統一的主帥，一戰便可以消滅掉，取得勝利比較容易，我因此高興。”
公元220年，曹操在洛陽逝世，享年66歲。遺令道：“天下尚未安定，葬禮不得遵循古代的禮製。安葬完畢，都要脫掉喪服。那些率兵駐守衛戍（shù）的將領，都不得離開駐守部隊。有關的官員各盡職責。入斂時用平時的服裝，不要埋藏金玉珍寶。”曹操逝世後，諡號為武王。二月丁卯日：安葬在高陵。