这时候，成为曹军俘虏的刘备部将关羽，一马当先地向袁军的大将颜良的主阵地突进，砍下颜良的首级，将其带回，作为旗开得胜的战利品。曹操因为对所俘的关羽殷勤款待，所以关羽只有在战场上立下超群的战功，以报答曹操的恩惠。然后，见有机可乘，就带领着刘备的部下及同时被捕获成为人质的刘夫人一起逃走。关羽带着刘备的夫人及部下刚逃走之后，曹操知道了也不马上派人追赶，任他们离开。另一个战略是“火攻鸟巢”。白马之役战败后，兵力强大的袁军仍继续地派兵进攻，而在官渡筑碉堡，挖地道，威胁曹军。于是两军在官渡对峙，大战展开。从曹军方面来的弓箭，如雨般飞下，两军的对峙持续了三个月，曹军的粮食也越来越匮乏，曹军明显地居劣势。曹操因此一再犹豫：是撤退？或奋战到底？这时，隐伏在袁军阵内的间谍暗中送来了有关的消息，使得谋略活动能秘密进行。于是，曹操运用钱财，成功地收买了袁绍的计谋士许攸。背叛袁绍而投效曹营的许攸来归后，提供了许多重大的情报：“袁军拥有军粮一万余石，贮存在离袁军总指挥部不远的鸟巢，看守部队不多，如果能奇袭该地，尽烧其粮秣，则袁军在三日之内以将全部崩溃。”

曹操听后大喜，立刻挑选军中的精锐，编成奇兵前往劫寨。这支奇兵手持袁军的旗帜，口衔竹筷，缚住马口，在深夜由小道出发，每个人各自抱一束柴禾，若有袁军从中途拦截盘问，就回答说：“为防止曹军从背后掠劫粮秣，我们受命加强防备此地。”听的人也不审慎研究就轻易放行了。一到达目的地，迅速地把屯积粮秣的营地包围起来，同时放火烧毁。袁军的军粮就此全部付之一炬，士兵也损失千余人。于是全军陷入一片恐慌之中，袁绍也因此焦急万分，一次次地命令部将出兵攻击。然而，知道军粮已被焚毁殆尽的兵士皆因不安而士气动摇，完全丧失了作战的勇气。袁绍遣张邰出兵直攻曹营，殊不知张邰假装出击的样子，结果却是带兵投降曹军。因此袁军阵地大乱，曹操于是发动总攻击。袁军溃败，四处奔逃，袁绍、袁谭父子好不容易保住性命，渡黄河逃走，而所属的七万余名士兵因战败而惨遭斩首，此役奠定了曹氏政权的基础。

建安七年，袁绍因经不起挫折，发病而死。

建安十三年春，曹操结束东北的讨伐，回到邺地，以城北巨大的人工池玄武池作为训练水军的根据地。这时，群雄的割据仅剩下南方荆州的刘表和东吴的孙权等人与其为敌。因此，长江及其为数众多的支流就成为日后战场。但是，曹军不习惯水上作战，而且不见得能敌过孙权与刘备的联手作战。结果，赤壁之战中，曹操败后引兵撤回许昌。

建安十六年，曹操西征，张鲁兵败投降，只剩马超、韩遂等人的军队。

马超的军队驻屯潼关的时候，曹操的军队也进军潼关，并且驻扎在该地。然后曹操对诸将说：关西的将士若是精悍勇猛的话，怎么会不奋战守‘住自己的城堡，而寻衅挑战的是我们，却不是他们。他们虽善用长矛，我将使之无用武之地，你就等着看吧！”

在互相对峙的日子里，曹操这边两位大将已率领部队渡过西河，而对曹操大本营监视很严的敌方，却疏忽了戒备唯一能渡河的地方。曹操两个大将的部队把渡河的地点占领后，就将自己的军队分成好几个小队，分批地在夜里渡河。曹操并且派人竖立许多稻草人，假装在自己的大本营还有许多士兵的样子，敌人一旦在拂晓时分进攻，就会被所埋伏的士兵击溃。而且，已渡河的部队，一面挖掘运送军粮的地道，一面南下移动。既然不能取得绝对的胜利，就尽可能地要伪装成弱小的样子。渡过渭水的部队，就在河边筑成了坚硬的壁垒，这样，敌人即使来进攻，也不能轻易地攻下。

马超等轻视曹操的军力，于是派出使节前往曹营，提出“若曹军答应割让黄河以西的土地，则愿与之和睦相处”的条件。曹军起初不答应，马超就联合韩遂，要会见曹操谈判，曹操也假装同意。韩遂与曹操从前是同僚，韩遂来的时候，曹操与他骑马并立，彼此交谈着，即使时间过了许久，也不谈军事上的问题，只是一再谈昔日的事情，分手时也握手笑着话别。

马超对归来的韩遂问道：“与曹操究竟谈些什么？”韩遂只是答道：“什么也没说。”于是，马超就怀疑韩遂已与曹操取得了默契。过了几天，曹操派人送信给韩遂。信中故意多处写错，而韩遂看了以后便亲自加以补充与修改，马超见状，对韩遂愈加感到可疑。由于未见曹军的动静，汉中敌方诸将于是相继地派遣部队前来，敌方每有一新的部队到来，曹操知道后就面有喜色。在曹军营内，曹操并不派兵出击，只是养精蓄锐。曹操在把一切安排妥当后才下令发动总攻击。先以轻骑部队出击诱敌，再派大量的精锐骑兵出击，以夹击的战法大破敌军。

敌军大败后，韩遂、马超等人狼狈不堪地逃往凉州，关中因此平定。战事结束之后，有将军问曹操：“敌军的救援部队到达的时候，你听到报告总是开怀大笑，这是什么原因吗？”曹操答道：“关中辽远，若贼军各依险阻盘踞而立，即使出兵征讨，也非得一，二年的时间才可能平定。而今天，贼军为了救援都聚集在这里，人数虽多，但彼此并不相互信任，加上贼军一时疏忽，即可一举消灭。所以，我因此而大喜。”刘备由于关羽等人的奋战，扩张了领土，取得汉中后，自立为汉中王。然而，这对曹操的首都许昌构成了威胁。于是，曹操采用谋士司马懿的计策，对孙权以分给江南之地为诱饵，巧妙地引诱孙权，由后背袭击关羽，吴军因此捕获关羽并将他杀掉。

关羽死后不久，建安二十五年（公元2 2 0年）正月，曹操病死于洛阳。