十二月底，韩遂翻阅联军探部信报。
本年五月，曹操将远征乌桓，诸将皆谏曰：“袁尚不过是亡虏，夷狄贪而无亲，岂能为袁尚所利用！今吾军深入征之，新野刘备必说刘表以袭许都，万一为变，事不可悔。“
郭嘉曰：“公虽威震天下，胡恃其所处地远，必不设防备，因其无备，卒然击之，可破灭也。且袁绍有恩于民夷，而袁尚、袁熙兄弟生存。今四州之民，徒以威附，德施未加，舍而南征，尚因乌桓之资，招其死主之臣，胡人一动，民夷俱应，以生蹋顿之心，成凯觎之计，恐青、冀非己之有也。刘表坐谈客耳，自知才不足以御刘备，重任之则恐不能制，轻任之则刘备不为用，虽虚国远征，公无忧矣。“曹操从之。
曹操携子曹植领军行至幽州涿郡易水，郭嘉曰：“兵贵神速。今千里袭人，辎重多，难以趋利，且彼闻之，必为备。不如留辎重，轻兵兼道以出，掩其不意。“曹操从之，全军弃辎重，轻装疾进。
路过右北平郡无终县，曹操遣使征召田畴。田畴之前屡次拒绝袁绍，又忿乌桓多杀其本郡望族和名人，意欲讨之而力未能。
曹操初定冀州时，河间国人邢颙返乡，受曹操征召，出为冀州从事，田畴赞邢颙为天民之先觉者。
曹操军一到，田畴立刻率山中自营部落归附。曹操拜田畴勃海郡修县县令，随军从征。
本年六月，时方夏水雨，而滨海洿下，泞滞不通，乌桓亦遮守蹊要，曹操军原定沿海岸线抵达柳城（辽宁省朝阳市）的道路不得进。曹操患之，以问田畴。
田畴曰：“此道，秋夏每常有水，浅不通车马，深不载舟船，为难久矣。旧北平郡治在平冈，道出卢龙，达于柳城。自建武以来，陷坏断绝，垂二百载，而尚有微径可从。今乌桓虏将以大军当由无终，不得进而退，懈弛无备。若嘿回军，从卢龙口越白檀之险，出空虚之地，路近而便，掩其不备，蹋顿可不战而擒也。“
曹操赞同，乃引军还，故意署大木表于水侧路傍写上大字：“方今夏暑，道路不通，且俟秋冬，乃复进军“。
乌桓哨骑见之，诚以为大军去也。
七月，曹操令田畴将其众为乡导，上徐无县徐无山，出卢龙塞，并未直奔平冈，而是折向西北绕远道五百余里，堑山堙谷，经白檀，再向东北穿过平冈，踏入鲜卑庭，又向东南行军，接近白狼山，东指柳城。
破羌将军宣威侯张绣率部随军，还没有到达战场就突然死于路途中，被谥为定侯，儿子张泉继嗣。
有传言，曹丕因兄长曹昂死于张绣之手而对张绣不满，曾对张绣曰：“汝杀吾兄长，还有何脸面见人呢！”张绣一直心不自安，在此次行军途中自杀。但自杀未可信也。
柳城离白狼山不及二百里，乌桓虏乃知之。
袁尚、袁熙、辽西乌桓行单于蹋顿、辽西单于楼班、辽东乌桓单于峭王苏仆延（速仆丸/速附丸/速付丸）、右北平单于能臣抵之（于能臣）、右北平乌桓单于汗鲁王乌延、上谷乌桓大单于难楼王难楼等领数万骑奔向白狼山。
八月，曹操军刚登上白狼山，仓卒与乌桓虏遇，乌桓众骑甚盛。曹操车重在后，披甲者少，左右将领皆惧。
曹操登高，望乌桓虏阵不整，使荡寇将军张辽、偏将军张合为先锋，曹纯虎豹骑纵兵击之，偏将军徐晃、左度辽将军鲜于辅、乌桓校尉阎柔等将继进，护军韩浩、领军史涣压阵，乌桓众骑大崩。
曹操军阵斩蹋顿、乌延、难楼等，围攻乌桓老巢柳城不克，郭嘉献上周不疑破城十计，曹操选用一计，立刻破城。
于是，趁势追击逐北，扫荡四郡乌桓，胡、汉降者二十余万口。其中许多汉人口乃乌桓掠去的人口。
乌桓部落之一的乌桓王骨进曾大举入边，掠汉望族牛马、财物甚众。
曹操军扫北，辽西鲜卑素利部落引兵应曹操，袭乌桓部落之一的乌桓王骨进的大营，获马千匹，骨进败，几乎被擒，逃散遁北而去。其它鲜卑部落异视素利。
楼班、苏仆延、乌延，难楼等弃其种人，与袁尚、袁熙投奔辽东太守公孙康，其众尚有数千骑。
右北平乌桓大人寇娄敦、辽西乌桓都督王护留、辽西乌桓大人王同、辽西乌桓大人王寄等率一部向北逃入漠北。
有将劝曹操继续进兵击公孙康，曹操曰：“吾方使公孙康斩送袁尚、袁熙首级，不烦用兵矣。“
九月，曹操引兵自柳城还，走原定进攻路线返回。
时天寒且旱，二百里无水，军又乏食，曹操军杀马数千匹以为粮，凿地入三十余丈方得水。
郭嘉病死于路途中，曹操哭呼：“哀哉奉孝！痛哉奉孝！惜哉奉孝！”。
公孙康欲取袁尚、袁熙以为功，乃先置精勇之士于厩中，然后请袁尚、袁熙入，未及坐，公孙康叱伏兵擒之，于是斩袁尚、袁熙、楼班、苏仆延、乌延、难楼等首级送与曹操。
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