袁绍的外交对象是分布在曹操四周的大小势力，希望能够形成四周夹击河南的形势。他的第一个统战对象是盘踞在南阳地区的张绣。张绣结盟刘表，与曹操进行了多年的拉锯战。袁绍派人给张绣和谋主贾诩书信，相约结援，共击曹操。张绣愿意与袁绍同盟。正要签约的时候，贾诩却对袁绍的来使说：“你回去谢谢袁绍。告诉他，袁家兄弟都不能相容 ，还怎么能容天下呢？”袁绍的使节被赶跑了，双方的外交大门就这样被关闭了。张绣事后吃惊地问贾诩：“何至于如此呢？那现在怎么办？”贾诩建议张绣归降曹操，并列出了选择曹操的三大理由：“曹操奉天子以令天下，这是理由一。袁绍强盛，我们以少从之，不会受到袁军的重视。曹军众弱，得到我们这支力量一定很高兴，会重视，就是第二个理由。曹操有霸王之志，肯定会释私怨，以明德于四海，其宜从三也。”张绣听从贾诩，率众归降曹军。曹操喜出望外，不仅尽释前嫌，还对张绣等人加官晋爵，委以西南方向的重任。
袁绍外交工作的第二个对象是掌握湖广大地，兵强马壮的刘表。刘表满口答应了，表示一定与袁绍一起灭曹，发兵北伐。袁绍等了好几个月，毫无湖广方向的消息。原来刘表口惠而实不至，按兵不动，坐观成败。时人评价刘表三个字“坐谈客”，谈起来头头是道，但很少付诸实施。袁绍外交工作的第三个对象是“江东小霸王”孙策。孙策听说曹操和袁绍在黄河中流相持，早就谋划偷袭许县了，现在和袁绍一拍即合。孙策的动向对曹操集团构成了真正的威胁。曹操特地在东南方向分兵防范江东方向的进军。谁知，孙策在一次打猎过程中遭到刺客偷袭，伤重而死。江东陷入权力交接，人心摇晃，偷袭许县的计划胎死腹中。
二
就在大战一触即发的时候，曹操阵营内部还真出现了变乱。
袁绍同父异母的弟弟袁术在淮南篡位称帝，横征暴敛，最后穷困潦倒难以为继，就将帝号让给哥哥，向北方靠拢。曹操派遣投靠自己的刘备去徐州截击袁术。结果，袁术倒是被消灭了，但是刘备也乘机攻占了徐州，与袁绍遥相呼应。曹操派遣刘岱、王忠领兵攻打刘备，失败。于是，曹操不顾反对，亲自从官渡前线率主力回师东向，进攻刘备。这是一着险棋。此时谋士田丰建议袁绍乘曹军主力东征，大军突袭南进。刘备也向袁绍求援，提出了夹击曹操的建议。袁绍犹豫不决。结果曹操大军迅速击溃立足不稳的刘备，收复徐州。曹操安全度过险境。
中原主力决战的序幕终于在四月隆重拉开。袁绍派颜良进攻白马，计划夺取黄河南岸要点保障主力渡河。曹操亲自率兵北上解救白马之围。曹军兵少，曹操先引兵至延津，伪装要渡河攻袁军后方，引袁绍分兵延津，减少白马主战场上的兵力。曹操乘机率轻骑，以张辽、关羽为前锋，急趋白马，短时间内在该地对袁军形成优势。颜良仓促应战，被斩杀，袁军溃败。白马之围解后，曹操主动放弃这个渡口，迁徙白马的百姓沿黄河向西撤退。袁军追击，在延津南抢夺曹军故意散落的辎重财物，阵势大乱。曹军突然回身反攻，击败追军，又杀死名将文丑，顺利退回官渡。袁绍初战，虽然占领了黄河沿线渡口，突破了曹操的第一道防线，但损兵折将，消耗了有生力量，尤其是两大名将被杀，严重影响了士气。
之后的战线长期在官渡固定下来。官渡成为了胜负的关键。对袁绍来说，官渡是进军许县的最后一站；对曹操来说，保卫官渡是保卫政权存亡的生命线。曹军当时只有万人左右，集中防守几个要点，更要命的是后勤补给困难。袁军当时连营成一线，进逼官渡。曹操几乎没有选择余地，全军动弹不得。
有很多人建议袁绍不要将全部兵力都集中在官渡，因为袁绍手中的筹码比曹操要多得多。沮授就献策说：“北方士兵数量多，但是斗志不及南方士兵；南方粮草少，物资储备比不过北方，所以曹军利在速战，而我军利在鏖战。我们应该进行旷日持久的消耗战。”谋士许攸也建议袁绍说：“主公现在没必要与曹操在一点上相互攻击。应该马上分军，其中一支军队取道他途，进攻许县迎接天子。那样大事就可以成功了。”许攸的策略其实是全面进攻战略，在将曹操主力牵制在官渡的同时，出奇兵偷袭许县将皇帝抢到手。袁绍被暂时的优势迷惑了双眼，坚持在官渡和曹操对垒下去。
但袁绍对谋士们的建议多少也采纳了部分内容，多次派遣精锐轻骑，包抄、切断官渡战线背后的曹军粮道。袁军的小股部队多次偷袭曹军的粮道，影响了曹军的正常粮草运输。曹军采取集中运输和武装护送的办法，才限制了袁军偷袭部队的骚扰，保证了官渡前线的粮草运输。偷袭粮道失败后，袁绍只能将希望都寄托在官渡，梦想通过强攻取得胜利。袁绍先造起高橹，堆起土山，居高临下向曹营射箭。曹军只能举着盾牌在营中行进，士气低落。曹操造了发石车，以下向上攻击袁绍的高楼，取得胜利。袁绍又造起霹雳车向曹营发火箭、火球。曹操于是用发石车还击巨石。袁绍又造了地道，想从地下偷袭曹军。曹操就在营地里挖起了长堑，断绝敌人的地道。双方你来我往，僵持了下来。
曹操最先撑不住了。他底子太薄，河南地区原本几乎就是一片赤地。经过几个月的相持战后，河南百姓疲乏，开始出现叛乱响应袁绍；前线也出现了严重的粮草缺乏。袁绍则源源不断地获得供给。这天，袁军大将淳于琼等人率领一万多人护送上万辆运粮车来到前线，将粮草囤积在乌巢，距离袁军大本营四十里。
这时候发生的一件事给正勉力支撑的曹操带来了关键转机。《三国志》只用一句话来记载这件事：“绍谋臣许攸贪财，绍不能足，来奔，因说公击琼等。”原来袁绍谋士许攸能力不错，但自律不严，树敌太多，被排挤出了袁绍阵营，深夜投奔官渡。曹操正在洗脚，听到老朋友来了，光脚就出来迎接。坐定后，许攸问曹操：“袁氏军盛，你打算怎么对付？军中还有多少粮草啊？”曹操回答：“还能支撑一年。”许攸说：“不是吧，再说！”曹操又说：“还可以支持半年。”许攸曰：“你不想打败袁绍了吧，为什么不实话实说呢？”曹操不得不说：“刚才是玩笑而已。其实军中余粮只有一个月了，怎么办？”许攸笑道：“你孤军独守，早就没有粮草了，现在已经是危急时刻了。”他向曹操透露了一个重要情报，袁军辎重屯在乌巢，驻军防备不严，建议曹操用轻兵偷袭粮站，焚烧完尽。这样不到三日，袁氏自败。
关键时刻，曹操体现出一位领袖的魄力来。他不顾谋士武将对许攸的怀疑，亲自领军五千连夜偷袭乌巢，一举得手。袁绍看到乌巢的熊熊火光后，还对长子袁谭说：“曹操取我粮草，我就去拔他的大营。这样他即使偷袭得手，也无家可归了。”袁绍一方面派张郃、高览攻官渡，一方面派军增援乌巢。结果曹操再次击败袁军，而张郃、高览两人却没有击败留守官渡的曹洪，干脆率众投降了。消息传到袁军那儿，军队大溃。袁绍与袁谭父子两人只率领数百骑兵渡河退回河北。其余袁军全部投降。
官渡一战，袁绍主力被悉数歼灭，人才被扫荡一空。战后，河北各地则纷纷反叛袁绍，向曹操示好。袁绍元气大伤，黄河南北的实力对比开始向着有利于曹操的方向转化。曹操乘机占领了幽州、并州、冀州、青州、兖州、豫州、徐州全部和扬州、荆州的北部，并威服关中、凉州和辽东地区，很快带甲百万，雄视天下了。
三
基本统一北方后，曹操将目光对准了长江流域的三大割据势力：刘璋、刘表和孙权。
曹操很快选定在荆州（湖北湖南地区）的刘表为下一个进攻对象，认真操练起水军来了。曹操为什么先取荆州？首先，荆州是进攻南方的最佳突破点。一方面荆州处于南方的中段，占领荆州就能将南方隔成东西两段；另一方面益州有崇山峻岭，东吴有浩浩长江，荆州北部的平原相对容易突破。其次，灭刘表、断长江，可以将军锋指向最有远略、实力的孙权。共有长江、大兵压境，可以对孙权造成巨大压力。之后的历史发展表明在这样的情况下，刘璋在刘琮投降后主动归顺、东吴内部投降之声四起，先取荆州的战略是正确的。
虽然曹操在荆州最终失败了。但那不是南下战略的失败，而是他低估了对手的实力，再加上一系列的战术失误导致的。
曹操遭到惨败的那场战役被后人称为“赤壁之战”。
四
建安十三年（208年），曹操率领大军南下荆州，拉开统一战争的最后一幕。
防守荆州北部新野的刘备弃城南逃，曹军直扑襄阳。大军还没到襄阳，刘表就病死了。即位的小儿子刘琮在亲曹派的鼓动下，派人求降。逃到樊城的刘备面临被夹击的危险，再次向荆州的物资基地江陵方向撤退，沿途掠夺了许多百姓和物资。曹操再次显露出政治家的本色，不按常理出招，亲自率领五千轻骑兵追赶刘备。曹操连夜狂赶300多里，在当阳长坂坡追上并歼灭了刘备的主力。刘备、诸葛亮率领残军改道退向夏口（今武汉市）。曹军占领江陵后，大军密密麻麻地沿江向东推进，在长江中流地区形成了巨大的军事阴云。
曹操收编了荆州部队，尤其是数一数二的水军后，总兵力达到30至40万人，其中用于第一线的主力部队接近20万人。刘备在夏口会合刘表长子刘琦的驻军后，拥有将近一万军队。这一万乌合之众就是抵抗20万曹军的全部军队。
曹操显然认为自己已经取得了荆州战役的胜利。他的目光超越了夏口，投向了江东。贾诩进言说：“主公昔日破袁氏家族，现在收服江汉地区，威名远著，军势盛大。如果我们现在利用荆州的富饶，整顿吏士，安抚百姓，使大家安居乐业，就可以不劳大众而征服江东了。”曹操听从了他的进言，在荆州开始了骄傲的等待。他乐观地认为完全可以凭借破荆州的余威，不战而屈服江东，于是派使者出使江东，劝降孙权说：“近者奉辞伐罪，旄麾南指，刘琮束手。今治水军80万众，方与将军会猎于吴。”孙权将书信给群臣看，群臣们没有不震惊失色的。江东内部投降声四起。
曹操想错了，高压只能让懦弱者屈服，却会激发强者的斗志和勇气。孙权和刘备都是强者。在曹操攻破荆州的时候，孙权阵营的鲁肃就以给刘表奔丧的名义前往荆州寻找破曹的机会。鲁肃还在路上的时候，刘琮不战举州而降；刘备又在长阪坡全军覆没。鲁肃当机立断，临时决定将刘备作为联盟的对象，于是径直赶去当阳长阪地区。他向刘备表明了江东希望联合抗曹的意向。刘备和诸葛亮纵观天下形势，完全统一联系孙权并力北向。诸葛亮来到江东，舌战群儒，说服孙权连刘抗曹。孙刘同盟正式形成，一直维持到蜀汉灭亡为止。
还在荆州等待孙权来投降的曹操集团很早就知道了刘备向东吴靠拢的情报，仍然过分乐观地认为孙权会顺便将刘备杀了来投降。等孙刘结盟的消息传到江陵后，曹军里一片失望的声音。但是曹军并没有对这次结盟给予足够的重视，这才开始真正的东进，准备以武力解决刘备和孙权。11月，曹军进驻江北的乌林，孙刘联军在江南的赤壁与曹军对峙。曹操错误地将战船首尾相连，结为一体，方便水军的操练，伺机攻战。周瑜和部将黄盖决定使用火攻计。黄盖先是用苦肉计，与周瑜一个愿挨，一个愿打，取得了曹操的信任。黄盖紧接着致书曹操诈降，到约定时刻却率蒙冲斗舰乘风驶入曹军水寨，纵起火来。曹军船阵被烧，火势延及岸上营寨，孙刘联军乘势出击，曹军死伤过半。曹操大军最终被烧败了。
曹操在赤壁的失败主要是战术的失败。黄盖放的火、水土不服和因为传染病导致的减员，加上见势不妙逃散的刘表降军，即使让曹军减员20万人，曹操在第二线的军队依然在数量上拥有绝对优势；加上曹军的人才资源保存完好（曹操阵营多数重要将领都没有参加赤壁之战，分守各处），因此与孙刘联军相比，曹操依然占据优势。
令人费解的是，曹操在赤壁之战失败后竟然主动率部北退，只留少数部队固守已经占领的荆州部分领土。