冬季，十月，曹操大军北进，抵达黎阳。袁尚听到曹操渡过黄河，立刻解除对平原的包围返回邺城。
此时袁尚的部将吕旷、高翔，背叛袁尚，投降曹操。
但袁谭却秘密送给吕旷、高翔将军印信。曹操得知，知道袁谭并不是真心归降，可是，为了安抚他，仍替自己的儿子曹整，聘娶袁谭的女儿，随即班师。
曹操回军以后，为了振作士气，加速统一北方，彻底打垮袁氏势力的进程，对部队进行了整顿，颁布了《败军抵罪令》，规定：自我派遣将领出征以来，只赏有功的而不惩办有罪的，这是不符合国家大法的，从今以后，将领带兵出征，打了败仗要按法律治罪，造成损失的要免去官职和封爵。军令一下，众将领无不警惊，思想上有了压力。
同时因为此时曹操的统治区域迅速扩大，要管理、控制这么多的地方，只感到人手不够，便想从军队中提拔一批有战功、有才能的将吏，去担任地方行政长官。但有人却提出：“军吏虽有功能，德行不足堪任郡国之选”的论点，抵制曹操的这一措施。曹操于是颁布《论吏士行能令》明确提出“明君不官无功之臣，不赏不战之士”的原则，驳斥持有上面那种论点的人是从竹管里看老虎。并于七月发布《修学令》命令各郡、国都要设置文学官员，满至百户的县设校官，挑选郡里优秀的学生来给予教育，以使仁义谦让的风尚不致消失，并为将来培养一批人才。
公元204年，建安九年，正月，曹操北渡黄河，阻塞淇水，使流入白沟，以便运输军粮。
二月，袁尚还不知道亡在眉睫，再向据守平原的袁谭，发动攻击，命部将审配、苏由留守邺城。曹操大军推进到洹水（流泾邺城南面）。苏皮打算作为内应阴谋泄露，出奔曹操。曹操遂抵邺城城下，堆筑土山挖掘地道，发动猛烈攻击，但是一时不能攻下于是留曹洪继续进攻，自己率军往毛城（武安县西）攻击武安县长尹楷，大破尹楷，占领武安，切断了西方并州援军及送粮的队伍。接着又攻击困守邯郸的沮鹄，很快便占领了邯郸，又切断了邺城与北方函州之间的联系，完成了对邺城的战略性孤立和包围。
此时，易阳（河北省牟县）县长韩范、涉县（河北省磁县）县长梁歧，献出县城归降。偏将军徐晃建议曹操：“两个姓袁的还没有铲除，所有的县份，都竖起耳朵，探听我们如何对待这两人归降的人物。因此，对他们两个应该特别奖赏，作给其他城池看。”曹操一听有理，遂封韩范、梁歧关内侯。
五月，曹操采用许攸计策，改变急攻战术，铲平土山，填满地道，另行挖掘壕沟，把邺城围绕一圈，长达40里。一开始挖得很浅，可以涉水而过。审配在城上望见，纵声大笑，没有出兵破坏，没想到半夜里曹操命令全军出动，到天亮时已挖出一条长二丈，深二丈的河床。然后把漳河的水引导注入。邺城跟外界的联系到此全部隔断。一粒粮食不能入城。不久城中便发生饥荒，饿死的百姓超过一半。
袁尚得知邺城被围，立即回军救援，不日便逼近邺城。曹操部下将领，都认为“归师”中人人将殊死作战，不可抵抗，不如避开。曹操却自有他的主张，说：“袁尚如果从大路而来，我们就躲开，如果沿着邺城西边的诸山而来，我们一举就可以使他覆灭。”
曹操为什么这么有把握呢？原来他根据兵法判断，袁军若从大道，人怀救本之心，不顾胜负，有必死之态；若沿山而来，则可以前进，也可以后退，有倚险自保的愿望，便没有誓死牺牲决战的决心。
袁尚果然沿着西山南下，抵达城东东阳平亭，距邺城70里，紧傍滏水扎营。夜间，燃起烽火，通知城中守军。城中也燃起烽火呼应。审配于是率军开北门出城，准备跟袁尚内外夹击，瓦解曹操的包围部队。
曹操立即攻击审配，审配不能抵御，撤退回城。曹操再回过头来攻击袁尚，袁尚大败，撤退到漳水转弯处筑营。曹操下令大军包围，包围圈还没有完成，袁尚心胆俱裂，不敢再战，派人晋见曹操，要求投降，曹操拒绝，攻击更为猛烈。袁尚乘夜逃走，据守保祁山，曹操穷追不舍，再进军，袁尚部将马延、张凯等，阵前投降，袁尚兵团霎时瓦解，袁尚逃往中山（河北省定县）。
曹操把袁尚大营中辎重，全部接收，得到袁尚的大将军印信、□乡侯印信，符节、斧铖，以及头盔19620个，弓、箭、盾、戟，不可胜数。曹操命令拿着这些袁尚的东西向城中展示，守城军士士气崩溃，但审配仍作垂死挣扎。曹操出营视察阵地时，几被审配的伏兵射中。
审配的侄儿审荣，当邺城的东门校尉。八月二日夜，审荣私开城门，迎接曹操军进城。曹操进城后，把审配捉住杀了，然后传令三军，不准杀害袁氏家属，违令者斩。
曹操的长子曹丕从小跟在曹操身边，这时已18岁了。他早就听说袁府华丽壮观，很想去看个究竟，他径自来到袁府，令卫士守在门口，自己拔剑向屋里面走去。但见前厅冷冷清清，文书档案散落满地，再往后堂走去，忽见两个妇人抱头痛哭，曹丕上前问道：“你们是什么人？”
“妾是袁将军之妻刘氏。”年长的妇人回答。
“那一个呢？”
“是我二儿袁熙之妻甄氏。”
曹丕见甄氏披头散发，哭得像个泪人，近前轻轻撩开散发，见她生得眉清目秀，十分漂亮，心中暗喜，便收起剑，轻声说道：“我是曹将军之子，是奉命来保护你们的，不必害怕。”刘氏一听，立即拉住甄氏向曹丕行礼。甄氏见曹丕两眼直盯自己，不觉脸一红，赶紧低下头来，曹丕立即上前将她扶起，正要向她讲话，忽听门外喊道：“大将军到！”曹丕放开甄氏，正起身往外走，曹操已站在门口，目睹了一切，他厉声问曹丕：“是谁叫你到这里来的？违犯军令，该当何罪！”
刘氏见是曹操，纳头便拜：“正是公子救了我们，愿献甄氏给公子”曹操看看曹丕，再看看甄氏，便哈哈大笑：“这倒真像我的儿媳妇。”说着便让曹丕把甄氏带回去了。
曹操走出袁府，骑马巡视全城。走不多远，见一队士兵绑着一个人来，曹操近前一看，认得是陈琳，立即下令：“快放，快放！”
“报告将军，此人就是替袁绍写檄文骂您的”
“知道，知道！”曹操跳下马，亲自给陈琳松了绑，并说道：“你给袁绍写缴文，你要骂就骂我一个人好了，为何把我祖宗八代都骂了？”
陈琳满脸愧色，低声说：“那时候，箭在弦上，不得不发。今天我已经认罪，请明公发落吧！”
“算了，算了，过去的事别再提啦。”曹操爽朗地说：“你的文章写得好，那篇《饮马长城窟》我已拜读过，的确不错，以后你就给我写檄文吧。”
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