（一）分析远征形势
曹操平定河北后，首要问题便是征讨乌桓了。
东汉时期，在今辽河流域、河北和山西的北部直至内蒙地区，散居着乌桓人。乌桓亦作乌丸，是我国北方一个以游牧射猎为生的少数民族。其中居住在辽西、辽东、右北平三郡的乌桓人势力最强，被称为三郡乌桓。东汉末年，乌桓的势力逐渐强大起来，尤以辽西单于蹋顿最为强悍。中原混战，乌桓的奴隶主贵族经常乘机向汉族人民进行侵扰。袁绍占据幽州时，曾用东汉朝廷的名义封三郡乌桓的首领为单于，并把本家的女儿嫁给他们当妻子，妄图勾结乌桓的奴隶主贵族来巩固他在中原地区的割据势力。所以，当袁绍集团的残余势力丧失了割据地盘以后，就在袁尚、袁熙的率领下逃向三郡乌桓去了。袁绍集团的残余势力与乌桓奴隶主贵族势力的结合，无疑对曹操巩固大体上已经完成的北方统一局面是一个巨大的威胁。
为了清除袁氏残余势力，统一北方，曹操准备远征乌桓。
远征乌桓却并非轻而易取。当时，刘备正依附荆州的刘表，一直在劝说刘表讨伐曹操。如果刘表在曹军远征乌桓时，趁机起兵进攻后防空虚的许昌，那后果将非常严重。曹操对此也相当慎重，召集手下文臣武将广泛讨论。诸将均不赞同，他们认为：“袁氏兄弟，只不过是亡命之人，根本不足为虑。夷狄贪而无亲，乌桓又岂能为袁尚所用？如果大军远征，深入乌桓地区，刘备必然劝说荆州的刘表趁机袭击许都。一旦发生变故，到那时后悔可就来不及了。”
当曹操提出讨伐乌桓时，他的大部分将领都不同意，认为袁尚、袁熙败逃，大势已去，乌桓的奴隶主贵族绝不会听从他们而动用兵力。若远征乌桓，在荆州的刘备必然怂恿刘表乘机袭击许昌，后果将不堪设想。就在众人反对之下，郭嘉又提出不同于他人的见解，他指出：“曹公您虽然威震天下，胡人却自恃地处偏远，一定不设防。趁乌桓自恃远离中原，在军事上没有准备，突然对其进行征伐，有把握取得胜利。袁绍集团虽然大势已去，但袁尚、袁熙人还在，卷土重来的贼心不死，如果不乘胜追击，予以彻底歼灭，他们必然要和乌桓奴隶主贵族乘机侵扰幽、冀、并、青等州。而幽、冀、并、青四州的百姓仅仅是因为惧怕您的兵威而依附您，您还没有向他们施以恩德，放弃而南征刘表，袁尚利用乌桓的资助，招集那些能为主子而死的忠臣，胡人一动，百姓和少数民族一起响应，从而使蹋顿萌生野心，实现他们非分的企图和计划，恐怕青州、冀州就不归我们所有了。”至于荆州的刘表，郭嘉鄙夷地指出：“刘表不过是个坐在那谈天的说客罢了，他自知自己的才能不如刘备，也难以控制住刘备。他疑忌刘备，绝不会重用刘备来袭击许昌。如不重用刘备，刘备也绝对不肯真心实意为他出力。他们之间这种复杂而微妙的关系，决定了他们不会有什么大的作为。因此，即使您全力远征，国内空虚，也用不着忧虑，因为刘表也不会有什么大的举动。”郭嘉主张彻底消灭袁绍集团残余势力的战略方针，无疑是正确的。曹操听罢茅塞顿开，完全同意郭嘉的分析，郭嘉算是看清楚了刘表的为人和刘备的野心，断定刘表不仅不会出兵，而且还会牵制住刘备，而事实果然如他所料。而郭嘉关于荆州刘表不会对曹军构成威胁的预断，更使曹操集团文武大员们放下心来。建安十二年（207年）二月，曹军开始北征。
（二）制定远征策略
五月，大军到达易县（今河北雄县西北），郭嘉又提出了远征乌桓的具体策略和战术。
在进军途中，他觉察曹军行动迟缓，郭嘉便马上对曹操说：“兵贵神速。如今从千里之外袭击敌人，辎重繁多，难以急速顺利地前进，如果被他们知道了，一定会有所防备；不如留下辎重车辆，轻兵出发加倍赶路，乘其不备进行袭击，打敌人个措手不及。”曹操采纳了郭嘉的这个意见，秘密地带兵从卢龙塞出发，直指单于庭。曹军轻装前进，选择乌桓放松戒备的小道，悄然越过卢龙塞（今河北青峰口），跨过白檀（今河北宽城），经平冈（个湖北平泉），穿鲜卑庭，直逼柳城（今辽宁朝阳南）。经过五百多里艰险的山谷地带，直捣三郡乌桓奴隶主贵族的老巢柳城。当曹军到达白狼堆时，因为距离蹋顿的大本营柳城仅仅有二百多里路了，乌桓才得知曹军前来的消息，袁尚、袁熙和乌桓单于蹋顿以及辽西单于楼班、右北平单于乌延等，匆忙带领数万骑兵前来迎战。曹操登上了白狼山，双方兵马奋力拼杀。曹军虽装备轻简，人数不多，但准备很充分。乌桓骑兵看似来势凶猛，士气旺盛，却终归是仓促应战，军心难免不稳。曹操令张辽为先锋，纵兵大击。敌军各部协调混乱，溃不成军，结果被打得落花流水。曹军大胜，蹋顿单于被斩，乌桓及汉卒降者二十多万人。
袁尚、袁熙兄弟和辽东单于乌丸战败后，率数千骑兵投奔辽东公孙康去了。曹操的部将都要求当即发兵攻击。曹操却说：“何须劳动兵马？我要让公孙康将袁氏兄弟的首级送来。”果然，不久，公孙康送来了袁尚、袁熙的首级。
原来，袁尚他们到达辽东后，打算夺取公孙康的兵马。袁尚为人有勇力，对袁熙说：“今天到后，公孙康定来相见，我们兄弟当场杀掉他，占据辽东，还可以东山再起。”哪知，公孙康也在算计他们：“现在不杀袁熙、袁尚，如何向国家交代？”于是，他事先在马房埋伏下精勇士卒，然后派人去请二袁。袁尚兄弟一到，伏兵一起出动，当场将二人擒获绑缚，放在寒冷的地上。到了这个时候，袁尚耐不住冻，向公孙康要席子。袁熙长叹说：“头颅可以带着行走万里，哪里还用得着席子？”二袁被斩首，他们的头颅被送给了曹操。这时，曹操基本上统一了北方。
郭嘉在远征乌桓的战争中，始终力排众议，纵论天下大势，见解深刻而独到，分析透彻，令人折服，促使曹操作出远征的决定。出征之后，他又及时提出“兵贵神速”“轻兵兼道以出，掩其不意”的战略方案，使得这次远征很快取得了全面的胜利。
曹操经过官渡之战后，实力增强，袁尚、袁熙兄弟向北逃入乌桓，依附于辽东太守公孙康。公孙康自认为辽东远离中原，天高皇帝远，已形成了割据一方的势力，令他利令智昏。但他仍有自己的想法：一旦中原混战结束，袁氏掉转矛头，向北指向辽东，就有可能被吞并。因此，公孙康对袁氏充满戒备。当二袁投奔他时，从心里不愿接受。可又怕曹操急攻辽东，自己势单力薄，无力对抗。出于自身考虑，才把二袁暂留了下来。曹操攻打乌桓，一路势如破竹，进逼辽东，乘胜攻破公孙康、活捉袁氏兄弟，是顺理成章的事情。然而，曹操竟将矛头掉转，班师回防。这里，曹操采取了“缓攻则相图”的谋略。他是这样分析的，如果乘胜攻打二袁，本来就畏惧曹操北上的公孙康与二袁的目标就会一致，就有可能联合起来，对付曹军，于己不利。而采取缓攻，公孙康与二袁之间的矛盾就会显露出来，他们之间相斗，反而对曹军有利。此举，无形中又给公孙康吃了一颗定心丸，他马上意识到应该除掉二袁以讨好曹操，作为对曹操撤退的回报。正像曹操预料的那样，没过几天，二袁的首级就送到了曹军营中。曹操既达到了“缓攻相图”的目的，又避免了“急攻并力”所带来的不利。曹操缓攻除二袁的故事，说明了在各种矛盾错综交叉的复杂关系中，要战胜其中的一个对手，就要善于利用他们之间的矛盾；还要采取一定的手段，以强大的实力作后盾，以势压敌。否则，其对手就合成为困兽，而攻会结成联盟，形成合力，一致反抗。此计由军事斗争运用推及外交领域，颇能收到事半功倍之效，成为一个高明而又灵活的外交谋略。
曹操此次作战，历时近一个月，行程四百余公里，其中包括无数的山河险阻，难行之地，解除了“三郡乌桓”对中国北部的威胁，扫清了袁氏的残余势力，彻底统一了河北。并且收编乌桓精骑，增强了自己的军事实力。总之，在此战中，曹操根据郭嘉的计策彻底平定了北方，基本上统一了整个黄河流域以北地区。郭嘉自始至终出奇制胜谋立大功，为曹操在北方的崛起发挥了其作为智囊团的重要作用。