也是从这一年起，曹操正式将自己的政治、军事核心据点，从许县北迁至冀州邺城。此后，曹魏的政令颁布、军队调遣、官员任免，皆由邺城发出，曾经的东汉都城许县，只留下少量官吏维持朝廷门面，形同虚设。曹操以邺城为根基，彻底掌控了河北之地，为日后统一北方、建立曹魏基业，奠定了无可动摇的基础。
建安九年（204年）九月，曹操在彻底平定邺城、掌控冀州之后，为安抚河北民心、稳固新附之地，当即颁布一道极为重要的政令。他向全境宣告：“河北之地，久受袁氏父子连年征战、重役繁税之苦，百姓流离、田园荒芜，不堪其难。即日起，全境免除本年度全部租赋，使民得休养，田得复耕。”
与此同时，曹操又强力推行抑制豪强、严禁土地兼并的法令。袁绍在河北统治多年，纵容世家大族强占民田、隐匿人口、盘剥小民，致使贫者无立锥之地，富者田连阡陌。曹操一改旧弊，严明法度，清查田亩，打击强取豪夺，使普通百姓得以喘息。政令一出，冀州百姓无不欢欣鼓舞，奔走相告，民心迅速归附。
也在此时，曹操正式领冀州牧一职。冀州户口繁盛、地势险要、城池坚固，已是他实际的政治军事中心。为示谦退、不使朝廷猜忌，也为理顺职务，曹操上表汉献帝，主动辞去所兼的兖州牧一职。
而就在曹操围攻邺城、与袁尚主力决战之际，袁谭自以为得计，公然背弃盟约，趁河北大乱之机，大肆扩张地盘。他先后发兵攻取甘陵、安平、勃海、河间诸郡国，又趁袁尚自中山败逃、部众离散之时，进兵故安，击溃袁尚的残部，将其士卒、粮草、器械尽数收归己有，势力一时大涨，野心也愈发显露。
曹操得知袁谭背信弃义、擅自扩地，勃然大怒，当即修书一封，严厉斥责袁谭违约背盟、忘恩负义。随后，曹操正式宣布与袁谭断绝关系，废除两家婚约，命人将袁谭之女礼送回北方，彻底撕破脸面。做完这一切，曹操即刻点兵，进军讨伐袁谭。
十二月，曹军士气高昂，一路势如破竹，攻入平原郡境内，迅速平定沿途各县，将袁谭的势力范围一步步压缩。袁谭外无强援、内无固备，已然陷入绝境。
建安十年（205年）正月，寒风凛冽之中，曹操对袁谭发起总攻，一战而攻灭其部，阵斩袁谭，冀州、青州全境宣告平定。袁氏在河北经营数十年的根基，至此彻底崩塌。
此前，袁尚自邺城兵败后，北投幽州刺史袁熙。袁熙是袁绍次子，与袁尚本为兄弟，本想合兵一处，再图恢复。可就在这个月，幽州内部局势骤变。幽州大将焦触、张南等人早已看出袁氏气数已尽，不愿再为其陪葬，于是起兵发难，举兵反袁。袁尚、袁熙猝不及防，大败之下，只得向北逃窜，投奔与袁氏世代交好的三郡乌桓。
焦触随即自领幽州刺史，率领幽州各郡县全体归附曹操。北方重藩幽州，不战而定。
四月，盘踞太行山脉一带的黑山军首领张燕，眼见曹操平定河北、威行北方，自知无力抗衡，率领麾下部众、家属共计十余万人，全军归降曹操。曹操大喜，厚加安抚，黑山军这一长期威胁中原腹地的势力，就此和平解决，北方腹地再无大股割据武装。
同年，故安人赵犊、霍奴等人聚众起兵作乱，攻杀朝廷新任的幽州刺史，北方边境再度骚动。与此同时，与袁尚、袁熙勾结的三郡乌桓趁乱出兵，将曹操所置的犷平守将鲜于辅团团围困。边境告急文书接连送至邺城。
八月，曹操亲统大军再度北征，一战即斩杀叛军首领赵犊、霍奴，平定内乱。随后曹军急行军渡过河水，北上救援犷平。乌桓骑兵见曹操大军亲临、军容齐整，不敢争锋，仓皇溃逃，奔出塞外而去。
当初，袁绍曾任命其外甥高干为并州刺史，镇守并州。曹操攻破邺城、平定冀州之后，高干自知不敌，举州投降。曹操为安定并州，仍令其担任并州刺史。然而高干并非真心归服，只是权宜之计。
等到曹操北征乌桓、大军北上之际，高干以为有机可乘，突然举兵反叛曹操。他拘捕朝廷任命的上党太守，派兵扼守壶口关，凭险据守，阻断曹军西进之路，企图割据并州自立。
曹操得知后，当即派遣大将乐进、李典率军讨伐。高干退守险要的壶关城，凭险固守，乐进、李典一时难以攻克。
建安十一年（206年）正月，为彻底根除并州隐患，曹操亲自率军西征，围攻高干。高干自知难以抵挡，留下部将守城，自己弃城出逃，北上进入匈奴境内，拜见匈奴单于，请求出兵相助。可此时匈奴已不愿与曹操为敌，单于断然拒绝出兵。
曹操围攻壶关前后长达三月，城中粮尽、人心瓦解，最终城池陷落。高干见大势已去，只得南下逃亡，企图投奔荆州刘表。行至半途，被上洛都尉王琰截获捕杀，首级传送至曹操军前。并州之乱，就此彻底平定。
此后，曹操又率军东征淳于县，派遣乐进、李典进剿长期作乱沿海的海贼管承，大破其众，肃清海滨，使青、徐沿海一带恢复安定。
建安十二年（207年），曹操率军返回邺城，回顾数年来北定河北、东平海贼、西平并州的赫赫功业，为激励将士、酬谢功臣，他大规模封赏功臣，受封列侯者多达二十余人，其余有功将吏，也依次论功行赏，全军上下，人心振奋。
此时，北方虽大体平定，但袁尚、袁熙逃亡塞外，依附三郡乌桓，屡次引乌桓骑兵入塞侵扰，掳掠边民、抢夺财物，成为北方最大边患。曹操深知，若不彻底解决乌桓与袁氏残余，河北永无宁日。于是，他下定决心，远征塞外，一举肃清北境。