曹操开始向海边撤退，还派兵士在水边路旁立上木牌，上面写着：“方今暑夏，道路不通，且俟秋冬，乃复进军。”过几天，乌桓的探子见到木牌和遗弃的笨重车辆物资，以为曹操真撤兵了这时，曹操的大军，却顺着小道，出了卢龙塞，又劈山开路五百余里，八月到达白狼山（今辽宁凌源县东南）。

曹操的军队轻装速进，在离柳城只有二百里的地方，才被敌人发现。蹋顿和袁氏兄弟慌忙带着几万骑兵来阻击。曹操登高一望，敌人的队列并不整齐，说明他们迎战的准备并不充分，便命令张辽、徐晃为前锋，带领兵士杀下山去。蹋顿被张辽一刀砍死，袁氏见弟落荒而逃。曹操奉领大队人马开进了柳城。

袁氏见弟逃往辽东。辽东太守公孙康怕曹操对他发动进攻，又怕袁氏兄弟争夺他的地盘，便赶紧杀了袁熙、袁尚，并把他们的首级献给了曹操。北征鸟桓的战争，取得了全胜，曹操统一了北方。

九月，曹操从柳城撒回军队，还把乌桓奴隶主掳去的十余万户汉族人民带了回来。鸟桓的骑兵，编入了曹操的军队。十月，北方已是初冬的景色了。曹操骑着马，驰骋在北国原野上。古老的烽火台上，浓霜打焦了草丛。

高远的天空中，大雁正向南方飞翔。稀疏的村庄里，打谷场上堆着庄稼的秸秆，农闲时节到了，寒冷的田野里很少有人们的行踪了。曹操看着黄河以北、长城内外的山川土地，同中原地区比较，是多么地不相同啊，天气一天比一天冷，河流结冰了，人马可以踏冰而过了。这在中原，是不可能的。中原最冷时，河水只结一层冰，是不能走人的。曹操对这北国风光，很感兴趣。晚上在军账中又写了两首乐府新词，《冬十月》、《土不同》。

回师难返，天又冷又旱，还得走过二百里没有井泉的荒佛山区。没军粮了，曹操只得叫部下杀了几千匹军马当粮食吃，凿地三十多丈，才得到了解渴的井水。