4.遠征烏桓
三郡烏桓趁天下的動亂，攻下幽州，掠取漢民合計10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。
12年春季2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19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呢？要趕緊評定功績、實行封賞。”於是廣泛地封賞20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5月，到達無終。秋季7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500多裏，路過白檀，經曆平岡，走過鮮卑族地區，向東直撲柳城，距離柳城200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。8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20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。”9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。”11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。
12年春季正月，曹操回到鄴城。開鑿玄武池來訓練水軍。漢朝廷撤銷三公的官職，設置丞相、禦史大夫。夏季六月，任命曹操為丞相。