公元202年（建安七年），袁绍病死，袁绍的两个儿子袁谭、袁尚不和，发生火拼。袁谭不敌袁尚，向曹操乞降。公元204年（建安九年）二月，曹操乘袁尚出兵攻打袁谭之机，进军围攻邺城（今河北临漳西，河南安阳北）。袁尚率军回救，依滏水（今滏阳河）为营，曹操进军将其营寨包围。袁尚害怕，请求投降，曹操不许。袁尚乘夜逃跑，袁军溃散。袁尚逃奔中山（今河北定县）。曹操命人拿着缴获袁尚的印绶节钺招降邺城守军，城中斗志崩溃。邺城遂被曹操攻破。从这一年起，曹操把自己的据点北迁到了冀州邺城，政令军队此后皆从此出，而汉献帝的都城许县则只留些许官吏。公元205年（建安十年）正月，曹操又以负约为名，攻灭袁谭，冀、青二州平定。于是，曹操上表让还兖州牧，改任冀州牧。袁尚兵败后，逃奔幽州刺史袁熙。不久，袁尚、袁熙又逃奔三郡乌桓。公元206年（建安十一年），曹操攻灭高干，平定并州。公元207年（建安十二年），曹操为了肃清袁氏残余势力，也为了彻底解决三郡乌桓入塞为害问题，决定远征乌桓。汉末，辽西、辽东、右北平三郡乌桓结合，是为三郡乌桓，其首领为辽西部的蹋顿。三郡乌桓与袁氏关系一直很好，并屡次侵扰边境，掳掠人口财物。这年五月，曹操亲率大军到达无终（今蓟县）。时正雨季，道路积水，“浅不通车马，深不载舟船”。曹操从无终人田畴之议，改从一条久已断绝，但“尚有微径可寻”的路线进军。在田畴的引导下，曹操大军登徐无山（今河北玉田北），出卢龙塞（今河北喜峰口附近），“堑山堙谷五百余里”，直指乌桓老巢柳城（今辽宁朝阳南）。八月，曹军进至离柳城不足二百里时，乌桓才发现，于是蹋顿与袁尚、袁熙等人率数万骑兵迎击。二军相遇，时曹军辎重在后，“被甲者少，”而乌桓军军势甚盛。曹操登高瞭望，见乌桓军虽多，但阵势不整，遂命大将张辽为前锋，乘乌桓军阵稍动之机，向乌桓军发动猛攻。乌桓军大乱，曹军阵斩蹋顿，大获全胜，胡、汉降者二十余万，袁尚等人逃奔割据平州的公孙康。这时，有人劝曹操乘势进击公孙康，曹操却撤军。不久，公孙康果然斩杀袁尚、袁熙，并将其首级献与曹操。诸将不明所以，曹操说：“彼素畏尚等，吾急之则并力，缓之则自相图，其势然也。”于是，曹操攻破三郡乌桓，也彻底肃清了袁氏势力。但是于十一月回易水的途中，曹操第一谋士郭嘉去世，对曹操给予沉重打击，郭嘉对于曹操而言，其助他先后灭吕布、袁术、袁绍都起到了重要作用，也是他建议既不杀刘备也不放刘备的计策“软禁”让曹操在外的威信有所提高。

曹操讨伐乌桓，孔融讥笑他说：“大将军远征，萧条海外，从前肃慎不进贡木苦矢，丁零偷盗苏武的牛羊，可以一并讨伐啊！”当时，饥荒战乱，曹操上表请禁酒，孔融多次写信给曹操，认为不要禁酒，而且言词之中多有侮慢。曹操越来越厌恶他了。孔融已经看到曹操奸雄诡诈，已渐渐显露，愈发不能忍受，所以说话偏激，常常触犯了曹操。又曾经上奏认为应当遵照古时京师的体制，千里以内，不得封建诸侯。曹操怀疑他所谈论的越来越广，更加害怕他。然而，因为孔融名重天下，表面上装着容忍，暗中却嫉忌他正确的议论，怕阻抗自己的大业。山阳人郗虑揣摩曹操的心事，以蔑视国法为由奏免孔融。曹操又写信故意挑拨二人，孔融也回信相对。

对于刘备，曹操在取得仓亭、官渡的胜利后，已经意识到关羽已经与刘备、张飞等人回合投靠刘表，刘氏宗亲的联盟让曹操感到威胁，于是趁刘备在荆州未立稳之际，抓进铲除他，于是他接受程昱的建议，派夏侯惇、李典、于禁三人率军三千对刘备进行致命一击。

此时，刘备已经领刘表之命于公元202年（建安七年）带军北上。