此时，曹『操』失去了兖州（治今山东郓城西北），军粮已尽，袁绍派人来劝说想让曹『操』投靠他，让曹『操』举家迁到邺县当人质。曹『操』本打算答应袁绍，多亏程昱劝阻，曹『操』才打消这个念头。
兴平二年（195年），曹『操』整军再战吕布，三败之，破定陶（今山东定陶）、廪丘（今山东郓城西北）等，平定兖州。吕布逃往徐州投靠刘备。七月，因李傕、郭汜的火拼，汉献帝从长安东归，下诏让各路诸侯勤王。
建安元年（196年）八月，曹『操』迎汉献帝。辛亥，汉献帝封曹『操』为司隶校尉，录尚书事。庚申，迁都许昌。十一月丙戌，汉献帝封曹『操』为司空，行车骑将军事，百官总己以听。
建安二年（197年）正月，曹『操』讨伐张绣，军队驻扎在淯水，张绣举众投降，旋即复叛，长子曹昂、侄子曹安民、猛将典韦战死。此后，曹『操』又两度攻击张绣，都没有彻底击破。九月，曹『操』东征袁术，袁术弃军而逃至淮河，枭袁术留守四将。
建安三年（198年）四月，曹『操』遣谒者裴茂率中郎将段煨讨李傕，夷三族。九月，曹『操』东征徐州，进攻久与他为敌的吕布。在曹军攻势之下，吕布军上下离心，十二月，吕布部将魏续、宋宪等生擒陈宫归降曹『操』。吕布见大势已去，下城投降。曹『操』将吕布、陈宫、高顺等人处死，收降吕布部将张辽以及泰山豪杰臧霸、孙观等人，初步控制了徐州。
建安四年（199年），曹『操』派史涣、曹仁击破张杨旧部眭固，取得河内郡，把势力范围扩张到黄河以北。【21】
官渡之战
消灭睦固后，为了应对之后与袁绍的战争，曹『操』预作布置，命在青州有潜在影响的臧霸等人攻入青州，占领齐（治今山东临淄）、北海（治今山东寿光东南）等地，巩固右翼；又命大将于禁屯军黄河南岸，监视袁军。不久，张绣听从谋士贾诩之计，投降曹『操』，曹『操』大喜，拜张绣为扬武将军，解除了后顾之忧。
建安四年（199年）十二月，曹『操』自率军屯于官渡（今中牟北），准备迎击袁绍。
刘备在陶谦死后，曾一度出任徐州牧，后徐州被吕布攻占，刘备投奔曹『操』。曹『操』认为刘备是个英雄，先后表他为豫州牧、左将军。曹『操』攻占徐州不久，淮南袁术准备逃往青州往依袁绍，曹『操』派刘备去截击，袁术北上不得，呕血而死。
建安五年（200年）正月，董承等人谋诛曹『操』事泄，被曹『操』杀掉。刘备遂袭杀徐州刺史车胄，占据徐州。
曹『操』为了免于将来同袁绍作战时前后受敌，决定先消灭在徐州立足未稳的刘备。当时诸将皆怕袁绍乘机来攻许都，曹『操』对此胸有成竹，说：“刘备，人杰也，今不击，必有后患。袁绍虽有大志，而见事迟，必不动也。”遂进军，以迅雷不及掩耳之势击破刘备，刘备逃奔袁绍。
袁绍是当时北方最强大的一股势力，也是曹『操』统一北方最强大的敌人。袁氏一门，自袁绍曾祖袁安以下，“四世居三公位”，“门生故吏遍于天下”，势力本就很大，后袁绍取得冀、并、幽、青四州之地，实力大增，有军队数十万人。袁绍以其长子袁谭、次子袁熙、外甥高干分守青、幽、并三州，后方稳固，兵精粮足，根本不把曹『操』放在眼里。他挑选精兵十万、战马万匹，志在一举消灭曹『操』。
建安五年（200年），袁绍命大将颜良等人进兵白马（今滑县），自率大军进屯黎阳（今浚县东），向曹『操』发动进攻。曹『操』的实力比袁绍弱得多【23】，曹『操』所占的大河以南地区，地盘既小，又是四战之地，残破不堪，还没有完全恢复，物资比不上袁绍那样丰富。曹『操』的兵力也远不及袁绍，其总兵力大概不过几万人，投入前线的兵力据《武帝纪》说“兵不满万，伤者十二三”。裴松之认为此数不准确，曹『操』的兵力不会如此之少，但曹『操』兵力远逊于袁绍却是毫无疑问的。【24】
袁绍大军来攻，许都震动。曹『操』安慰众将说：“吾知绍之为人，志大而智小，『色』厉而胆薄，忌克而少威，兵多而分画不明，将骄而众令不一，土地虽广，粮食虽丰，适足以为我奉也。”
二月，袁绍大将颜良等人围攻白马，拉开了大战的序幕。四月，曹『操』亲自率兵北上解白马之围，他采纳谋士荀攸之计，先进军延津（今延津北一带），做出要渡河袭击袁军的态势，吸引袁军分兵西向，然后突然转向迅速赶往白马。曹『操』军突然杀到，袁军措手不及，颜良被关羽斩首【25】，袁军大败，白马之围遂解。曹『操』救出白马军民，沿黄河西撤。袁绍闻知，立即命文丑、刘备渡河追赶曹『操』。曹『操』见追兵渐近，命军士解鞍放马，并置辎重于道。袁军追兵大至，争抢辎重，阵形混『乱』。曹『操』率领仅有的骑兵突然杀出，大破追兵，阵斩文丑。袁军大震。曹『操』初战得胜，主动撤军，继续扼守官渡。
八月，袁绍大军连营而进，东西数十里，依沙堆为屯，进『逼』官渡。曹『操』分兵坚守营垒，伺机而动。袁军向曹营发动猛攻，先是作高橹、起土山，由上向曹营中『射』箭，接着又挖地道，欲从地下袭击曹营，皆被曹『操』以设投石机、挖掘沟壑之法破解。两军一攻一守，相持近二个月。久战之下，曹『操』处境极为困难。
十月，袁绍从河北运来粮草万余车，派大将淳于琼等带万余人看守，屯于离袁绍大营四十里的乌巢。这时袁绍谋士许攸因向袁绍献偷袭许都之计不成，且在河北的家眷犯法被抓，心生悔恨，而来投曹『操』，献计让曹『操』偷袭乌巢。曹『操』大喜，跣足出迎，之后亲率精锐步骑五千人，军队人衔枚，马勒口，换袁军军装乘夜从小路偷袭乌巢。曹『操』军至乌巢，命四面放火，袁军大『乱』，淳于琼拒营死守。袁绍闻知，急忙派兵救援，曹『操』左右见“贼骑稍近，请分兵拒之。”曹『操』大怒说：“贼在背后，乃白！”士卒都拼死力战，因此大破袁军，斩淳于琼等，尽燔其粮草。