东汉建安五年，袁曹官渡之战后，曹操打败了北方头号军阀袁绍，消灭了袁绍的有生力量，接着乘胜发起统一北方的战争。
袁绍自官渡率残兵败将退回邺城，便因气愤过度患病，于建安七年(202年)五月，呕血而死。袁绍有三子：长子袁谭，次子袁熙，少子袁尚。袁绍后妻喜欢少子袁尚。袁绍生前，她常在袁绍前称赞袁尚，袁绍也想传位袁尚，但因袁尚是少子，上有二兄，传位给他不合礼法，颇感为难，也不好提出来与大臣商议，于是让袁谭出任为青州刺史。部下沮授深知袁绍用意，却反对这种安排，他指出，袁谭是长子，理当继嗣，如今却把他排斥出外，恐怕将来会因此导致大祸。袁绍支吾说：“我是想让诸子分别占据一州，以考察其才能。”
袁绍手下的部将逢纪、审配等人依附袁尚，另外一些部将，如辛评、郭图等人，皆依附袁谭。袁绍死后，许多人以袁谭是长子为理由，提议让他继位。审配等人恐袁谭继位后，辛评、郭图会恃宠加害于自己，便伪造了一份袁绍遗书，拥戴袁尚继位。袁谭奔丧回来，袁尚已成邺城之主，袁谭不满，乃自称车骑将军，屯兵黎阳。为限制袁谭的力量，袁尚只拨给他很少军队，又遣缝纪去监军，袁谭要求再增拨军队，袁尚不给，袁谭大怒，杀了监军的逢纪。袁谭、袁尚兄弟俩的矛盾至此完全公开。这年九月，曹操率军渡过黄河，进攻袁谭，袁谭军力偏弱，不得已向袁尚求援。袁尚留下审配等人镇守邺城，亲自率领大军去帮助袁谭抗击曹操，结果两军交战数次，袁氏兄弟是屡战屡败，只好退兵固守不战。曹操也退兵河南。
这时河东被曹操占领，袁尚想争夺河东，派他任命的河东太守郭援与并州刺州史高于、南匈奴单于分头向河东进攻，并遣使者前赴关中，与马腾等军阀联络，相约共同拒曹。曹操派司隶校尉钟繇攻击袁军，包围了驻扎在平阳的匈奴南单于，郭援闻迅，带兵前来援救。钟繇遣新丰县令张既赶到关中，劝说马腾，使他倒向曹操一边。马腾命子马超率军一万与钟繇连兵，大败郭援军，南匈奴单于顶不住曹军的进攻，投降了曹军。
建安八年(203年)二月，曹操又率大军北攻黎阳，与袁谭、袁尚联军在黎阳城下大战，袁军再度失利，被迫弃城北走，退守邺城。曹军追到邺城，正赶上麦熟，顺便将邺城周围的麦子全部收割完毕。然后还想攻城，谋士郭嘉劝曹操暂缓进攻，待其兄弟间矛盾激化后再攻，更易得手。曹操认为此建议很对，留下部分将士屯守黎阳，自己回到许昌。曹操退兵后，袁氏兄弟的内讧又激烈起来，袁谭心怀怨恨，率部进攻袁尚，反被袁尚击败，引兵退还南皮。八月，袁尚又率军攻打袁谭，获得大胜，袁谭逃到平原郡，凭城坚守，袁尚仍不放松，令其军围攻。袁谭见情势危急，遣辛评之弟辛毗赴许昌向曹操求救。曹操答应了他的请求，率军至黎阳，欲攻袁尚大本营邺城，逼着袁尚从平原撤回邺城，解了袁谭的围。在撒军途中，袁尚部将吕旷、高翔叛降了曹操，袁谭又暗送将军印给吕旷和高翔，企图拉拢他们。曹操得知此事，知袁谭有诈，乃为儿子曹整聘娶袁谭的女儿，以稳住袁谭，然后回师许昌。
第二年春正月，曹军又渡河北上，拦引淇水入白沟，以便再次攻打邺城时运输军粮。二月，衰尚见曹军无大举动，率军复攻袁谭，留下部将审配、苏由守卫邺城。曹操乘机出兵围攻邺城，苏由派人与曹操联系，欲为内应不料事情败露，苏由匆匆逃出邺城，归降了曹操。曹军堆土山，挖地道，猛攻邺城，均不能奏效。曹操击破了屯守毛城的袁尚将领尹楷，切断了上党至邺城的粮道，又占领了邯郸、易、涉等城，邺城还是攻不破。五月，曹操命令围攻邺城的军队毁弃士山和地道，沿城四周挖沟围城，白日挖得很浅，邺城守将审配由城上望见，毫不在意。到了晚上，曹操下令突击挖沟，宽和深俱达二丈，引入漳水灌城。城中与外面交通隔绝，粮食缺乏，从五月到八月，城中饿死者达半以上，审配仍然坚守不降。袁尚得悉邺城危急，率军一万回救。曹操许多部将认为，这批援军必然有决死之志，不如暂且避开。曹操却不同意，坚持等袁尚军赶到再相机而动。袁尚军到距邺城十七里的阳平亭驻扎下来。晚上皆举火通知城中，城中也举火相应。审配出兵城北，想和袁尚里外夹击，曹操分兵迎击，审配败退回城，袁尚军也被击遗，退到曲漳，曹军紧追不舍，袁尚遣使投降，曹操不许，围攻更急。袁尚又逃到祁山，部将马延、张颐等人临阵投降，袁军遗散，袁尚只带了少数人逃到中山。曹操停止追击，将缴获的印绶、节钺及盔甲等陈列在邺城下，城中人心大乱。审配的侄子审荣任东门校尉，夜里打开城门，引曹军入城，审配率军巷战，被曹军俘虏，邺城终于被曹操占领。十月，并州刺史高干也投降了曹操，曹操仍然任命他为并州刺史
就在曹军全力围攻邺城之时，袁谭率众叛曹，攻取甘陵、安平、勃海、河间等地，又向袁尚发起进攻。袁尚退往故安，投靠幽州刺史袁熙。袁谭收编了袁尚残部，驻军龙凑。曹操写信给袁谭，谴责他背信负约，退还他的女儿，与他断绝婚姻，然后发兵进讨。十二月，曹操驻军其门，袁谭退军南皮，临清河屯兵，曹军顺势平定了平原郡诸县。次年正月，曹军大举进攻南皮，袁谭迎战，双方死伤甚多，不分胜负。曹操有心缓攻，议郎曹纯说：““令大军深人，难以持久，如进兵不能克敌，退兵必丧军威。”曹操于是亲自擂鼓指挥进攻，将袁谭击败，攻破南皮。袁谭、郭图等人外逃，被曹军追杀，袁谭所辖诸城全部投降。这时候幽州还在袁熙手里，袁熙部将焦触、张南密谋降曹，率部袭击袁熙。袁熙毫无防备，与袁尚仓皇出逃，投奔辽西乌桓。焦触自号为幽州刺史，召集诸郡县太守、令长，陈兵数万，杀白马而盟，齐降曹操。曹操皆封他们为列侯。
十月，并州刺史高干又举州叛曹，派兵扼守壶关口。河内郡张晟、弘农郡张琰等人也起兵响应，河东郡掾卫固和中郎将范先也暗中与高干交通，扯曹军后腿。曹操闻讯，派大将乐进、李典征讨高干，任杜畿为河东太守，平叛卫固、范先，征马腾等人进攻张晟，张琰。马腾军大败张晟，卫固、张琰等人先后被杀。建安十一年(206年)正月，曹操亲自率军讨伐高干，围攻壶关。三月，壶关守城将士投降。高干逃入匈奴求救，匈奴单于不敢接受，高干又南奔荆州，途中被上洛都尉王琰斩杀，并州完全被曹操平定。袁绍在世时，与北部少数民族乌桓关系很好，皆立其酋豪为单于，还以家人之女与其联姻。在乌桓诸部中，辽西蹋顿部最为强大，蹋顿后为乌桓王，一向为袁绍所厚重，故袁熙、袁尚兄弟俩投奔踢顿。蹋顿数次入寇，企图帮助袁尚收复故地。因此曹操决心远征蹋顿，除掉后患，他先命将士凿开平虏渠和泉州渠，以便远征。建安十二年(207年)春，曹操集结大军征讨蹋顿，诸将都认为不妥，说：如果刘表从南边袭击许昌，后果将不堪设想。唯独郭嘉力主远征蹋顿，理由是不击垮蹋顿，青、冀等州终不能安定。曹操同意郭嘉的意见，令大军轻装疾进，同时请出隐士田畴任莜县县令，率领他的人作大军的向导。这时正值雨季，道路泥泞难行，曹操采用了田畴的建议，一面在大道旁立一大木牌，写上“方今夏暑，道路不通，且俟秋冬，乃复进军”。以迷惑和麻痹乌桓。一面绕道上徐无山穿山越谷五百余里，经过白檀平冈、鲜卑庭，向东直指柳城。离柳城二百里时，乌桓军乃发觉。蹋顿、袁尚、袁熙慌忙与辽西单于楼班、右北平单于能臣抵之等，集合三郡乌桓骑兵来迎战。八月，曹军在白狼山与乌桓骑兵相遇。曹操登高远望，见乌桓骑兵数量虽多，但队伍凌乱，于是令大将张辽为先锋，纵兵击之，乌桓骑兵顿时崩溃，当阵斩杀蹋顿和许多乌桓王，胡汉降者达二十余万。乌桓辽东单于速仆丸与袁尚、袁熙率众数千去投奔辽东太守公孙康，被公孙康设计捕杀，将袁尚、袁熙和速仆丸之首献给曹操，表示归附之意。曹操击败乌桓，彻底消灭袁氏残余势力后，除关西地区尚被马腾、韩遂等人占领外，基本上统一了北方。曹操统一北方，结束了北方地区长期制据、混战的局面，使北部边境得到安宁，为北方社会的进一步发展创造了基本条件。
