凉州既定，太祖分其为臧、凉二州，各设守牧。复南向征蜀，至汉中，太守张鲁孤身来归，太祖仍以其为守，以赵云领一军驻武都镇之。将欲复前，忽闻汉帝为杨氏所惑，弃公卿皇陵东行，虎贲中郎将京泽从之，太尉刘虞阻于清明门，汉帝使侍中杨琦发矢杀之，遂逃南阳。太祖无奈，弃蜀地而还长安。
六年正月，群臣上表，以召公故事，议加太祖燕公，都督河北十一州军事，实封辽西、右北平、渔阳、广阳、涿五郡。太祖三辞乃受之。燕国肇基，立三相四台六部十二寺。七相之贵，汉武以来未始有也，天下轰传，士林侧目。有志之士，纷至沓来，邺下为之不通。
四月，太祖三行表于南阳，谏汉帝回御长安，冀其希望于万一，然终无所得，不得已遂兴兵。曹操刘备，亦联兵拒之。曹操操兵，刘备备粮。
五月，太祖以徐晃、张颌为先锋，渡河拔白马。操亦遣夏侯渊领五千骑进至延津。太祖察之，亲率大军围猎，张辽阵斩渊。操退至濮水南立营，太祖亦进至水北，各拥十万之众，连营对峙。居有旬，思破敌之策，遂以娄圭统步卒守营，自将四万骑西行，欲入司州，走中牟，直击陈留，取操之背。至官渡，而操已修筑营垒，固守以待。太祖叹之，察其兵少，令众将速攻，战未毕，操已率大军倍道来救。战至昏，太祖军渐胜，继而大破之，杀伤无算。操军曹纯、曹休、吕岱、陈到、许褚、王必等，皆战殁。然终不能克其垒，及天明，曹仁引兵三万至，太祖亦收兵，于其北隔河筑垒。操度量军力，乃尽弃汴水以北，固守官渡。太祖亦移营至官渡，对峙如故。太祖自统御海内，芟夷髃丑，其行军用师，大较依孙、吴之法，而因事设奇，谲敌制胜，变化如神。临事又手为节度，从令者克捷，违教者负败。与虏对陈，意思安闲，如不欲战，然及至决机乘胜，气势盈溢，故每战必克，军无幸胜。一生用武，殊无敌手，唯曹操稍可相对也。
至九月中，战愈酣，首相吕范长子扶死于战中，太祖闻之不言。时仁皇帝未加冠，与诸近侍皆劳动于白马，翌日皆充入官渡，左右皆震怖。忽闻关羽白衣渡江，取下邳，破周瑜。操闻之大惊，以无胜机，乃行险纳黄盖策，遣其诈降，自将八营设伏于乌巢，又遣七军匿行往袭邺城。太祖洞悉其谋，反击而破之。北行七军，匹马无返。乌巢九营，死伤枕籍。曹刘名将，零落殆尽。操无奈弃官渡南遁，为吕布所卖，自刭于宛城白门楼外。太祖于许闻之，如丧肝胆，痛彻心扉，委中原全权于吕范，自返邺城。汉帝闻操亡，南走江夏。
七年，徐庶刺蜀功成，蜀地归降。时贾诩为首相，与太祖于铜雀台行七问七答，即后世所谓“铜雀问答”也，此大燕万世之圭臬，而诩凭此为千载之名臣。
八年，三月。太祖至洛阳。廿七，吕范督全军破刘备军，备阵亡，匣首入洛，太祖以庶人礼葬之于北邙。刘表、孙权、士燮俱降，汉帝自江夏回御洛阳，车骑将军京泽自沉于江。