曹操雖然於官渡之戰大敗袁紹，致使袁紹兩年後抑鬱而死。但袁氏在河北的勢力依舊強大，曹操忌憚於此，一直不敢輕舉妄動。不料曹操未動，袁氏兄弟倒先亂了套。

原來袁紹有三個兒子，長子袁譚、次子袁熙、幼子袁尚。按理說應立長子袁譚為嗣，但袁紹卻酷愛幼子袁尚，欲以袁尚為繼。於是袁紹遣長子袁譚出任青州刺史，次子袁熙出任幽州刺史，以外甥高幹出任幷州刺史，唯獨袁尚不遣，留在自己的身邊。兄弟之間的矛盾因此產生。尤其是長子袁譚和幼子袁尚的矛盾非常突出，謀臣審配和逢紀支援袁尚，辛評和郭圖則力挺袁譚，雙方勢不相容，致使袁氏集團內部的分裂。

廢長立幼，歷來都是容易惹出禍端的，身為名門士族的袁紹不會不知道。其偏愛袁尚、以幼子為繼的行為，實在是不夠明智。不過，作出這種不明智的行為的，不止袁紹一人。與袁紹結盟的荊州劉表也犯了同樣的錯誤。劉表欲繞過長子劉琦而立次子劉琮為嗣，引發了兄弟倆不和，最終致使荊州被外人瓜分。後來，這種兄弟間的政治糾紛甚至引發出下屬之間的爭鬥，除了劉備的蜀漢以外，在曹魏和孫吳都有發生過，這種現象成為三國時代政治鬥爭的一種典型。

袁紹一死，袁譚與袁尚的矛盾逐漸公開化，雙方發生激烈衝突。袁譚身為長子卻不能繼以為嗣，心中很是憤恨，於是竟向其父的宿敵曹操求援。這時，曹操面臨著兩難選擇，是先打攻打南方的荊州呢，還是利用袁氏兄弟的內訌向北方出兵。曹操部下大多數主張前者，但荀攸力諫後者，於是曹操決定派兵馳援袁譚。明知袁譚有詐，曹操還是讓自己的兒子曹整娶袁譚之女為妻。當然這完全是出於戰略的需要，也是曹操籠絡對手的慣用手法。

曹操北討袁尚，勢如破竹，在圍攻其老巢鄴城時受到審配頑強抵抗，最終巧用計謀、引水破城，此時袁尚早已倉皇北逃。袁譚一看形勢不妙，又立馬負約叛曹。於是曹操送還其女，進討袁譚，袁譚不敵，兵敗身死。幷州刺史高幹在鄴城陷落後投降曹操，但其後復反。於是曹操派兵征討高幹，高幹不敵，最後在逃亡荊州的路上被捕殺。節節敗退的袁尚只好投奔幽州袁熙。不巧又遇到袁熙部下焦觸和張南反叛，袁尚、袁熙只得同奔遼西投靠烏桓，試圖聯合烏桓繼續抵抗。不久，曹操北征烏桓，在柳城擊破烏桓騎兵，烏桓大敗。袁尚、袁熙只好又投奔遼東的公孫康。公孫度死後，由其子公孫康接任太守。公孫康深知與曹操為敵是一件極不明智的事情，於是殺袁尚、袁熙二人，獻首曹操。在北征期間，黑山軍頭目張燕也投降了曹操，至此河北境內全部被曹操拿下。

有關於曹操平定河北的描述，在《三國演義》的一百二十回中只用了三回的篇幅。這多少給人一種平定河北只不過是官渡之戰的善後事宜。但事實上，曹操平定河北全境凱旋歸鄴時，已是建安十三年（208）的正月了。為平定河北，足足耗費了他人生中的七年歲月。換言之，官渡之戰後的曹操，其餘生的三分之一都用到平定河北這一艱鉅的事業裡了。可以想象平定河北對曹操意義非比尋常。這也就是為什麼後來他把鄴城作為自己新的根據地常駐，而沒有回到獻帝所在的許都的理由。鄴城在黃巾起義時曾為其集結地，後來袁紹、曹操又以此為根據地，足以說明其重要的戰略地位。

這一年，曹操在鄴城廢三公設丞相。六月，曹操自任丞相，其統一天下的夢想又向前推進了一步。至此，在北方尚能與曹操對抗的，只剩下西涼的韓遂、馬騰了。而這時，韓、馬之間發生內訌，馬騰接受曹操的懷柔歸降曹操。從官渡之戰的勝利到平定河北，曹操度過了他人生最充實的一段時間。此時，曹操五十四歲。回到鄴城的曹操，立即命人興造玄武池，著手水軍訓練，為攻打荊州劉表和東吳孫權作充足準備。建安十三年七月，曹操揮軍南下，欲一舉掃滅荊州，直取吳會。然而做夢也沒想到，等待他的將是赤壁大敗。