有二百多里地了，蹋顿才得知消息，慌忙与袁尚、袁熙兄弟及辽西乌桓单于楼班、右北平乌桓单于乌延等人聚合了数万骑兵迎敌。
八月间，曹军越过白狼堆，到达山下的凡城时，突然同蹋顿的联军相遇。当时蹋顿人马众多，而曹军辎重都在后面，身上穿有铠甲的人很少，面对这种情况，不少人害起怕来。曹操命部队先稳住阵脚，暂勿进攻，自己登上高处观察敌军阵势。只见敌军人数虽多，但因是临时凑合，仓猝应战，阵容很不整齐。张辽意气奋发，斗志昂扬，劝曹操立即出击。曹操当即将自己指挥作战的旌旗交给张辽，命他充任先锋，率众出击。
张辽得令，立即组织部队，一马当先，向敌发起冲锋。士兵受到鼓舞，个个奋勇当先，排山倒海般向敌军冲去。蹋顿联军受到猛烈攻击，不能抵挡，顷刻四散。曹军乘胜追击，杀敌伤敌无数。蹋顿在逃跑时，被曹纯的部骑截获，当即斩首。曹军继续扩大战果，等到战斗结束，不仅彻底打垮了敌军，而且使汉族和少数民族的二十余万人投附、归降。二袁兄弟、楼班、乌延、苏仆延及辽西、右北平两郡的许多乌桓酋豪无法再在本郡立足，带着数千骑兵逃往辽东郡，投靠辽东太守公孙康去了。
此前，辽东太守公孙康自恃远离中原，不服从朝廷管辖。其父公孙度在世时，曾自立为辽东侯、平州牧。曹操企图拉拢他，表荐他为武威将军，封永宁侯，谁知公孙度不领情，说：“我要做的是辽东王，封我个永宁侯干什么！”把印绶放到武库中去了。建安九年（204），公孙度死，公孙康即位，把永宁侯的爵位让给了其弟公孙恭。这时，有人劝曹操乘打败乌桓的势头，远征辽东，捉拿袁氏兄弟。曹操回答说：
“我要让公孙康把袁尚、袁熙的首级斩了给我送来，用不着再劳动大军前去远征了！”
曹操下令部队在柳城稍事休整。部队情绪热烈，曹操也很高兴，将蹋顿的头颅拴在马鞍上，自己骑在马上鼓掌舞蹈。
九月，曹军从柳城班师南还。南还时，同时把被乌桓掠去和逃亡塞外的十余万汉人带回内地，把辽东、辽西、右北平三郡乌桓一万余落、十余万户乌桓人迁入关内。还挑选了一些壮健的乌桓骑兵编入军中，由他们的侯王大人率领，随同到各地打仗。这些乌桓骑兵后来在战争中作出了很大贡献，赢得了“天下名骑”的称号。后来，随着岁月的流逝，迁入内地的乌桓人，包括乌桓骑兵在内，逐渐与汉族融合。少数留居塞外的乌桓人，不久即被鲜卑人征服。
三“东临碣石有遗篇”
不出曹操所料，曹军自柳城班师南还不久，公孙康就杀了袁氏兄弟及苏仆延、楼班、乌延等人，并特地派人送来了这几个人的首级。部下不少人对此大惑不解，忍不住问曹操：
“您刚从柳城撤兵，公孙康就把二袁的头斩了送来，这是什么原因呢？”
曹操微笑着答道：
“公孙康一向对袁尚等人心怀疑惧，假如我们攻得急了，他们就会联合起来对付我们；如果我们暂时不去进攻，他们就会自相残杀起来，二袁被杀也就势在必然了。”
大家听了，恍然大悟，无不表示佩服。事实确如曹操所分析的那样。当袁氏兄弟逃到辽东时，公孙康担心曹操来攻，就暂时接纳了二人。后见曹操并不来攻，而且在攻占柳城后很快撤军，顿时感到对自己的威胁不是来自曹操，而是来自近在咫尺的袁氏兄弟。他担心袁氏兄弟夺走自己的地盘，决定设计将其除掉。这天，他邀约袁氏兄弟前来赴宴，准备就在席间动手。袁尚自恃手下还有数千骑兵，自己又颇有些勇力，并不把公孙康放在眼里。行前他与袁熙密谋说：
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第十一章远征乌桓（5）
“今天我们到公孙康那儿，可以在席间当场把他杀掉。然后占据辽东郡，再慢慢发展势力。”。
双方可谓“不谋而合”。来到公孙康客厅门前，袁熙有些迟疑，不敢进去，袁尚强拉着一起走了进去。还未落座，公孙康一声断喝，预先埋伏好的武士一拥而上，将两人按住，用绳子紧紧地绑了，扔在地上坐着。袁尚冻得浑身发抖，忍不住对公孙康说：
“我人还没死，冷得实在受不了，能不能给我们拿张席子垫在地上？”
公孙康冷笑一声：
“你脑袋都要被割下来送到远处去了，还要席子干什么？”
于是下令将二袁斩首，将首级割下送给曹操，以表示归附。曹操即任公孙康为左将军，封襄平侯。
曹操平定三郡乌桓，消灭袁氏残余势力，又不战而使辽东归附，表明他在中原地区进行的兼并战争已经取得最后胜利，除关陇地区外，北方已处于他的直接控制之下。自董卓之乱以来，中原地区人民饱受战乱之苦，社会生产力遭到严重破坏，曹操统一中原，结束了长期纷争混战的局面，使人民重新过上了较为安定的生活，这对于社会经济的恢复和发展，无疑是有重大意义的。北方经济的恢复和发展，对支援后来曹操所进行的统一战争，也发挥了重要的作用。
曹操从柳城班师，回来走的是南线。归途中，他诗兴大发，写下了组诗《步出夏门行》。全诗共分五个部分，最前是“艳”（序曲），下面依次为《观沧海》、《冬十月》、《土不同》和《龟虽寿》四章。四章或称四解，均可独立成篇。“艳”云：
云行雨步，超越九江之皋。临观异同，心意怀犹豫，不知当复何从。经过至我碣石，心惆怅我东海。
“云行雨步”，意指大雨滂沱，语本《周易·乾·文言》：“云行雨施。”“九江”，原指洛阳夏门附近的九江。《水经注》：“大夏门，故夏门也。门内东侧际城有魏文帝所起景阳山，山之东旧有九江。”这里泛指各处江河。“皋”，水边高地。“临观”二句，谓亲自前往观察水势地形，对于大军或进或退的不同意见，一时难以定夺，心中不免犹豫起来。“碣石”，指碣石山，在今河北昌黎县北十五里，秦皇岛市区西南四十五公里，现东距渤海仅约十五公里。主峰仙台顶海拔695米，登上主峰，犹如身临霄汉，举目环顾，海光山色，尽收眼底，为古今观海胜地。秦始皇于三十二年（前215），汉武帝于元封元年（前110）先后东巡，均曾在此登临。“东海”，古代所指不一，这里即指渤海。这个序曲，概括地叙写了北征乌桓途中所遭遇的困境和此时登临观海的心情，为下面进一步展开叙写作了一些必要的铺垫和交代。
第一章《观沧海》：
东临碣石，以观沧海。水何澹澹，山岛竦峙。树木丛生，百草丰茂。秋风萧瑟，洪波涌起。日月之行，若出其中；星汉灿烂，若出其里。幸甚至哉，歌以咏志。
首二句交待观海的地点，次六句描写登山观海时所见到的自然景物，抓住大海平静时和起风时的状态、海边山岛巍巍耸峙的雄姿及草木繁茂的景象予以大笔勾勒，构成了一幅色调苍茫、气象雄伟的图画，展示了诗人热爱壮阔河山的情怀。“日月之行”四句，通过丰富的想象，极写了大海吞吐日月、含孕群星的壮阔气势，寄寓了诗人的胸襟、抱负和豪情。最后两句，为入乐时所加，与正文内容无关，以下各章都有。本篇是建安诗中通篇写景的唯一作品，也是我国诗史上现存的第一首完整的写景诗（或山水诗）。此前，虽然在我国的第一部诗歌总集《诗经》中，景物描写已随处可见，但涉笔所及，大都止乎一草、一木、一水、一石，钱钟书先生因此曾“窃谓《三百篇》有‘物色’而无景色”（《管锥篇》第二册61页）。到了楚辞，渐有发展。到了建安，“叙景已多，日甚一日（吴乔《答万季野诗问》），最后终于由曹操站出来完成了“集大成”的历史使命，为开启后世山水诗、写景诗的繁盛局面，起了重要的推动作用。
第十一章远征乌桓（6）
第二章《冬十月》：
孟冬十月，北风徘徊。天气肃清，繁霜霏霏。鹍鸡晨鸣，鸿雁南飞。鸷鸟潜藏，熊罴窟栖。钱镈停置，农收积场。送旅整设，以通贾商。幸甚至哉，歌以咏志。
这首诗写于初冬十月，时间比前首稍晚。前八句写初冬的气候和景物。“鹍鸡”，鸟名，形状象鹤，羽毛黄白色。北风刮个不停，严霜又厚又密，鹍鸡晨鸣，大雁南飞，猛禽藏身匿迹，熊罴入洞安眠，肃杀严寒中透出一派平和安宁。中四句写人事。钱、镈，两种农具名，这里泛指农具。“逆旅”，客店。农具已经闲置起来，收获的庄稼堆满谷场，旅店正在整理布置，以供来往的客商住宿，这是一幅多么美妙的图景！诗篇反映了战后在局部地区人民过上的安居乐业的生活，及诗人要求国家统一、政治安定和经济繁荣的理想。朱乾说：“《冬十月》，叙其征途所经，天时物候，又自秋经冬。虽当军行，而不忘民事也。”（《乐府正义》卷八）在一定程度上触及了本诗的作意。
第三章《土不同》：
乡土不同澌，河朔隆寒。流浙浮漂，舟船行难。锥不入地，蘴籁深奥。水竭不流，冰坚可蹈。士隐者贫，勇侠轻非；心常叹怨，戚戚多悲。幸甚至哉，歌以咏志。
诗篇又题作《河朔寒》，描写河朔（黄河以北）地区隆冬季节的景象，在写作时间上又比前首要晚。结构与前首大体相同。前八句写景：黄河以北的地区到了深冬，河里漂浮着冰块，舟船难以开行；地冻得锥扎不进，田地荒芜满地干枯厚密的蔓菁和蒿草。河水冻结，不再流动，河面上坚冰覆盖，人可以在上面行走。曹操回师进入冀州地区后，天寒且旱，连续行军二百里都没有碰到水，军粮也所剩无几。部队只得杀马充饥，共杀去数千匹马；同时打井取水，结果凿地三十余丈才将水找到。诗中所描写的，正是这一极其艰难的情景。中四句叙事兼抒情：“士隐