袁绍当初为了笼络他，曾拜三郡乌桓的首领蹋顿为单于，并把本家的女儿嫁给乌桓的军事首长作妻子。所以袁绍死后，袁尚、袁熙在曹操作战失败后，就率领军民十余万户投奔到蹋顿那里，蹋顿也乘势和袁尚兄弟联合起来，侵扰中国边境。
曹操为了彻底消灭袁绍的残余势力，巩固河北的统治权，并阻止乌桓族的进扰边境，就决定出兵对乌桓进行反攻。
出兵之前，曹操动员人民，在河北地区开凿“平虏”和“泉州”两渠，使滤沱河、瓜水、沟河、潞河、滦河五条河从河北的饶阳县贯通到河北的东产县，以保证以后行军时粮食运输的畅通无阻。
曹操将向乌桓部落发动大规模攻击，将领们闻讯，纷纷反对，认为袁尚等不过是一群逃犯。乌桓贪得无厌，没有亲爱之心，岂会受袁尚利用？而今，远出塞外讨伐，刘备一定说服刘表，袭击许都，万一发生变化，我们无法反悔。曹操听了，觉得也有道理，南面刘表强大，是不能不防，正迟疑着，谋士郭嘉说：“明公虽然威震天下，但乌桓部落仗恃远在北方蛮荒，一定没有戒备。趁他们没有戒备，发动突击，可以立即破灭他们。袁绍对本国人民及塞外民族，都有恩德，而袁尚兄弟还活在世间，四州人民只因畏惧我们的强大，不得不服。我们并没有恩德加到他们身上。假定放弃他们，大军南征，袁尚用乌桓部众，作为资本，号召所有愿为恩主效死的豪杰之士，到那时候，乌桓大军一旦出动，还有胡人，可能会全体响应，这种情势足以使蹋顿动心，激起他的非分妄想。恐怕青州、冀州将脱幅而去。刘表只是一个坐在那里发表高论的人物，深知自己的才能无法驾御刘备，重用刘备则恐无法控制，轻用刘备则恐刘备不接受指使。我们即使抽空全国兵力，也不要担心。”
曹操于是下定决心，发动大军。从沿海出兵，取道山海关，准备直捣乌桓腹地柳城（辽宁省朝阳县南）。
最初，袁绍几次派人去无终（天津市蓟县）征聘田畴，颁发将军印信，田畴都加以拒绝。等到曹操击败袁绍，曹操听人推荐，也征聘他，田畴立即嘱咐部属为他准备行装。部属说：“从前，袁绍仰慕你，曾多次礼聘，你都不肯去，而今曹操第一次派人前来，你却好像迫不及待，是什么原因？”田畴笑答：“这就是你们不知道了。”便随同使节前往曹操大营，曹操任命他当□县县长随同大军进抵无终。
当时已逢盛夏，大雨不止，沿海一带，地势低凹，泥泞难行，而乌桓部落沿边严守险关，大军无法前进。
曹操十分忧虑，便向田畴请教，田畴说：“这条道路，夏秋之间，经常发大水，水深不通车马，水浅船又难行，乌桓部落把主力军布防在无终对面，认为那是我们必经之路，不能前进时，自然会撤退。我们如果假装沮丧，宣称班师，另由卢龙塞挺进，越过白檀险阻，再北便进入乌桓部落空虚的后方，路近而行动方便，在他们毫无防备之下，可以不经战斗，生擒蹋顿。”
曹操一听，说：“好计谋！”遂向后撤退，在泥沼地带的通路两旁，树立大木牌，宣称：“现在天气盛暑，道路不通，且等到秋季，再行出击。”果然，乌桓派出的探哨看到木牌，认为曹操真的撤退，就回去报告蹋顿，蹋顿也信了，于是对曹操的防御也松懈下来。
曹操在突袭前，征询郭嘉意见，郭嘉说：“军队一旦行动，就要迅速。远隔千里而进行奇袭，辎重太多，难以掌握先机。乌桓部众得到消息，一定加强戒备，不如留下辎重，减轻装备，一旦强行二日路程，急剧挺进，出他们意料之外。”
曹操会意，立即命辎重在后，轻兵在前，命田畴率领他的部众，充当向导，攀登徐无山，向北挺进，逢山开路，遇水搭桥、凿山、填谷，几500余里，穿过白檀、平冈（辽宁省朝阳市），又穿过鲜卑部落王庭，向东直扑柳城。
这时，曹军离柳城只有200里了，乌桓蹋顿闻讯，大吃一惊，忙同袁尚、袁熙率领辽东、辽西和右北平三郡乌桓数万骑兵迎击曹军。
八月，曹操率军攀登白狼山（辽宁省朝阳市西南），突然跟乌桓军遭遇。乌桓联军军力强大，曹操军因系轻装，只有少数战士身穿铠甲，将士们不免心中胆怯。
“别忙，让我仔细看看！”曹操神态自若，登上高峰，往下了望，只见乌桓兵又挤又拥，阵脚散乱，纪律松懈，心里便有了底，于是命张辽、徐晃带领千余骑兵，乘其不备，猛冲下去。自己率军随后接应。
乌桓联军措手不及，兵马乱作一团。张辽拍马上前，对准蹋顿，一刀把他斩下马来。袁尚、袁熙见势不妙，拨马往回飞奔。曹操乘胜追击。斩杀胡人、汉人20余万人，一口气占领了柳城。
辽东郡乌桓单于速仆丸，跟袁尚、袁熙一同逃亡，投奔辽东郡长公孙康，随行的仍有数千名骑兵，有人建议曹操追击。曹操说：“不必，我等着公孙康送来袁尚、袁熙的人头。”于是班师。
公孙康果然打算取袁尚、袁熙二人的性命，作为呈献给朝廷的一大功劳。于是在马厩之中，埋伏精兵，然后延请袁尚、袁熙进入。还没有落座，公孙康发动袭击，把二人生擒，立即诛杀，连同速仆丸的人头，一并送给曹操。将领们惊奇不已，询问曹操：“我们撤退之后，公孙康怎么会处决袁尚、袁熙？”曹操说：“公孙康一向畏惧袁尚、袁熙，我们如果急于进攻，他们势将结合在一起，拼力抵抗。只要稍为放松，他们就会自相残杀，形势如此。”曹操悬挂袁尚人头示众，下令三军，有敢哭一声者，处决。袁尚手下的参谋牵招却祭奠悲哭，曹操嘉许他的道德勇气，保荐他当“茂才”。
曹操平定了乌桓，派田畴镇守柳州，自领三军沿海回邺城。同时把被乌桓掳去的10余万汉人带了回来，又将边境上10余万乌桓人迁入内地，与汉人杂居，乌桓的骑兵也被编入曹军，后来随曹操东征西讨，号称“天下名骑”。
此时正值九、十月间，天寒地冻，又逢大旱，200里内找不到饮水，挖凿地面30余丈才见到水，又缺乏粮食，只得屠杀几千匹战马，权且解决缺粮之危。
由于军粮给养的匮乏，谋士郭嘉在途中殆去。曹操闻听后，不禁悲痛欲绝，对众将领道：“你们同我都是同龄人，惟有奉孝年龄最小，我正想派他大用，不料竟半途夭折，真使我伤心，伤心啊！”曹操哭祭后，便命人运送郭嘉的灵柩回许都安葬。
大军即平安抵达安全地带，曹操忽然下令调查最初规劝不要讨伐乌桓的人是谁？大家不知道会发生什么事，每人都深怀恐惧。然而，调查之后，曹操依照名单，重重赏赐，说：“我征讨乌桓部落，实在是危险万分，全靠侥幸，虽然成功，只能说是上天保佑但这不是正常行动。各位的意见，才是万全智谋，所以奖励，以后不要闭口不言！”
回想几年前，袁绍不听从田丰的正确谋划，遭到失败，醒悟之时，反因羞愤，杀了田丰。而曹操在大胜之后，却奖赏开始反对他出军的谏士；愚人和英雄，在此可见。愚人是“智从己出”，“恩从己出”，要处处显示他比别人英明；而英雄则处处不如人，处处需要别人的意见。田丰在临刑时，叹息说：“给愚人划策，应该一死。”这是睿智之士的悲哀。曹操度量恢宏，头脑清晰，大胜之后，并没有沾沾自喜，还回顾忠言，无怪得部下为他卖命。愚人失败，英雄成功，岂是偶然？
班师途中，经过碣石（河北省东亭县西南），山上有巨石矗立峰顶，高数十丈，曹操登山远眺，只见海水滔滔，波澜壮阔，一望无垠。近前散布着大大小小的岛屿，岛上树木丛生，百草丰茂，他不由心潮起伏，感慨万千，于是临海赋诗，吟了一首《步出夏门行》。
诗的开头，是乐章的序曲，叙述来到碣石之前自己心里矛盾至惆怅的心理。
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