白狼山，位於今遼寧省喀喇沁左翼蒙古族自治縣境內，海拔並不高，只有800多米，但因為周圍地勢平坦，此山突兀而出，所以給人高聳入雲的感覺。
山下有白狼水流過，今稱大凌河，為遼西最著名的河流，直接注入渤海，據說白狼山因此得名。但還有一個說法，說山上有一個白石砬子，砬子是方言，也就是大石頭，這塊大石頭樣子像一隻羊，也像一隻狼，所以稱白狼山，而白狼水因山而得名。
這座山雖然遠在北疆，卻歷史悠久。春秋時伯夷和叔齊二人因為不食周粟而隱居於首陽山，最後餓死在那裡，據學者考證這個首陽山即白狼山。曹軍的快速縱隊越過白檀、平岡，接近了白狼山，距此東北方向200里就是烏桓人的大本營柳城了。
這時烏桓人才發現曹軍主力已經到了跟前，疾告蹋頓。蹋頓大吃一驚，倉促間集合兵馬，迅速趕往白狼城迎敵。隨蹋頓一塊來的還有袁熙、袁尚，以及遼西郡烏桓單于樓班、右北平郡烏桓單于能臣抵之等部，總兵力多達數萬人，基本上都是騎兵。
曹軍快速縱隊與烏桓聯軍相遇，此時是建安十二年（207）的8月。曹操親率先頭部隊搶佔了白狼山，佔據了有利地形，隨後數萬烏桓騎兵也殺到了，氣勢很強大。這時曹軍的後續部隊還沒有跟上，曹操身邊只有張遼所部和曹純率領的一部分虎豹騎，由於是急行軍而來，大部分人都沒有披戴鎧甲。
面對數倍於己的烏桓騎兵，有些人感到了害怕。曹操讓大家不要驚慌，他登上白狼山遠望，發現敵人陣形不整，曹操看出他們也是遠道而來，疲憊不堪，如果此時發起攻擊正是時候。
站在白狼山上的曹操只向山下的烏桓人看了幾眼，就斷然決定不待後續部隊趕到，趁敵人陣形未穩之機立即發起猛攻。曹操的想法與張遼不謀而合，張遼意氣風發，主動請戰，曹操把手裡的指揮旗授予張遼，命他全權指揮曹軍，組織對敵人的進攻。
當初曹操決定北征烏桓，張遼也是反對者之一，張遼勸曹操說許縣是天下要地，絕不能輕易丟掉，應該防備劉表的偷襲。曹操最後還是決定北征，張遼不因自己的意見未被領導採納就鬧情緒，作為北征的先頭部隊，他堅決執行命令，面對危險來臨時，他敢打敢上，這正是做大將應有的素質。張遼整頓所部人馬在前，曹純督率虎豹騎在後，直衝烏桓騎兵，結果烏桓人大敗，曹軍以懸殊的兵力獲得大勝。
虎豹騎更是露足了臉，一舉將蹋頓斬於馬下！
其實烏桓人是挺有戰鬥力的，如果認為烏桓人本來就不堪一擊那就大錯特錯了，烏桓人能長期馳騁於北方，絕不是吹出來的，尤其是蹋頓，有勇有謀，在烏桓人中很有號召力。
烏桓人之所以大敗，一方面是張遼、曹純所部儘是曹軍中最能打的精銳部隊，他們作戰勇敢，如今身處險地，誓死一搏。另一方面，也是最重要的，是曹操抓住了戰機，敵人遠道而來，人困馬乏，陣形不整，互相聯絡不暢，本想停下來紮住營寨再跟曹軍真刀真槍地過過招，沒想到曹軍沒給他們這樣的機會，一上來就打了個衝鋒，讓他們措手不及。此戰虎豹騎表現得確實太生猛，這支在南皮城外立斬袁譚的勁旅，此番又找到了疆場揚名的機會，他們殺了蹋頓，使烏桓人的抵抗迅速瓦解。烏桓人沒有統一的指揮，很快就四分五散。
曹操見狀高興異常，他讓人把蹋頓的首級拿來觀看，看完親自繫在自己的馬鞍上，又手舞足蹈地在馬上舞了起來。樓班、能臣抵之以及袁熙、袁尚等人不敢戀戰，糾合在一起約有數千人，他們沒有退回柳城，而是向東南方向逃去，投奔遼東太守公孫康去了。
曹操率軍趁勢直搗柳城，在此未遇到大的抵抗。
曹操在柳城只待了一個月就下令回師了，臨行前曹操下令重新清理烏桓控制區的人口，對於那些從內地被烏桓人和袁氏兄弟挾持來的漢人，徵求他們自己的意見，願意回去的就一塊帶回。結果絕大多數漢人都願意回去，人數多達10餘萬。
按照將領們的想法，就這樣回去顯然不甘心，既然袁氏兄弟逃到了遼東，還不如驅兵直赴遼東，一舉把公孫康也滅了，省得今後再來一趟。但曹操撤軍的命令下來了，不去遼東，直接回冀州。
這讓許多人不解，大家都覺得若論敢想敢幹，一般人真比不上曹公，現在大家的積極性被調動起來了，曹公反而不敢幹了。
面對士氣如虹的將領們，曹操笑著說：「我正在讓公孫康把袁尚、袁熙的頭砍了送來，不勞大家辛苦了！」這句話讓大家百思不解，於是去問參謀長（軍祭酒）郭嘉，希望他出面再勸勸曹公。哪知郭參謀長神秘地笑而不答，那意思是你們就等著看好戲吧。
北征大勝，作為此次軍事行動的堅定支持者和首席謀士，郭嘉一直跟隨大軍行動，打了大勝仗，他本應和大家一樣感到很振奮，但此時他卻振奮不起來。
因為郭嘉病了，郭嘉得的什麼病沒有記載，也許是過於操勞，也許是深入北方少數民族地區後水土不服，這次他病得很重，身體一天比一天差，曹操為此很憂心，命人好好照料他，並且準備盡快回師。
建安十二年（207）9月，曹操率軍從柳城回師。
剛上路不久，遼東郡太守公孫康的使者就追來了，送來了袁尚、袁熙以及遼東郡烏桓單于速僕丸的首級。
將領們一看簡直神了，原來曹公早已胸有成竹，料事如神，不戰而勝。大家不知道他究竟用了什麼樣的高招，把向來恃遠不服的公孫康都調動了。於是都過來問，曹操笑了笑說：「公孫康對袁氏父子素來畏懼且忌憚，我們如果追之過急，他們就會聯合起來對抗我們。如果緩一些，他們就會自相殘殺，就是這個簡單的道理而已。」
大家聽了，不得不佩服。
曹操率軍繼續前進，他們回師走的是哪條道沒有明確記載，但與來時相比，回程一樣不輕鬆，甚至更加艱難。來時遇到大雨，歸途卻遇到了大旱。這時候天氣還很冷，200里之內找不到水源，軍糧也成了問題，曹操不得不下令殺馬充飢，前後共殺了幾千匹戰馬，這讓曹操心疼壞了，可憐一部分虎豹騎的兄弟現在也只能暫時改當步兵了。
曹操命人就地鑿井取水，挖了30多丈，再往下挖就要把遼河油田提前給挖出來了，這才勉強打出了點兒水。這一仗打得慘烈，行軍的景象也慘烈，去的時候慘烈，得勝歸來也慘烈，曹軍從來沒有打過這樣的仗。
郭嘉已經無法騎馬，只能躺在車上。曹操惦記著郭嘉的病情，一路上不停地詢問，經常到郭嘉跟前探望，但郭嘉的病情絲毫沒有好轉的跡象，這讓曹操心情很沉重。
在這次回師的路上也有令人高興的事，大軍行進到易水時，代郡烏桓單于普富盧、上郡烏桓單于那樓等人親率部族首領前來祝賀曹軍大捷，並表示願意歸降。
還有一件有趣的事，在曹軍隊伍裡有一輛大車，車上有個大鐵籠，裡面關著一件稀罕物，一隻獅子。在白狼山上曹軍遇到了一隻獅子，派人格殺，但獅子很凶，傷了不少人。曹操親自率領數百人圍攻它。獅子怒吼，嚇得左右皆驚。曹操忽然發現從林子裡跑出一個東西，像是狸子，它躥到曹操所乘車子的車把上，獅子過來攻擊，這個像狸子一樣的東西跳起來躥到獅子頭上，獅子一下子趴到地上不敢起來了，大家於是上去把獅子殺了。
白狼山上遇到的獅子不止一隻，曹操指揮人居然還活捉了一隻，於是弄個籠子裝到車上拉回去。快到鄴縣時，這頭雄獅大吼了一聲，30里之內的雞狗聞聽此聲，嚇得都不敢叫喚。
建安十三年（208）正月，曹操率軍回到鄴縣。
北定烏桓，打了最艱難也最充滿懸念的一仗，所有的人都鬆了口氣，鄴縣到處是一片喜慶的氣氛，但曹操的心情卻放鬆不下來，他甚至有些悲傷。
在歸師的隊伍裡沒有看見北征軍軍祭酒郭嘉的身影，因為就在前幾天，還在歸師的途中，年僅38歲的郭嘉因病去世了。算起來，郭嘉追隨曹操前後11年，但時間彷彿眨眼間就過去了。郭嘉這次是抱病隨征，一路上病情不斷加重，回來的時候越來越重了，曹操一直很擔心他，確信郭嘉已不在人世時，曹操無比悲傷。
此前，曹操在戰場上失去過兒子和侄子，失去過典韋這樣的心腹愛將，也失去過鮑信那樣的戰友，每一次他都很悲痛，但都沒有這一次這麼傷心。
曹操親自參加了郭嘉的追悼會，哀痛異常。荀攸當時也在場，曹操對荀攸說：「你們的年齡跟我差不多是一輩的，只有奉孝年紀最小。等天下平定了，本想把後事托付給他，不想卻中年夭折，這難道是命運嗎？」說完，曹操又連聲呼喚道：「哀哉奉孝！痛哉奉孝！惜哉奉孝！」曹操上書獻帝，追記郭嘉的功勞，將其食邑追加了800戶，謚郭嘉為貞侯，爵位由郭嘉的兒子郭奕繼承。
之後，曹操又做出一項政治改革，廢除了三公制，恢復丞相制，自己擔任丞相，這是幾年前恢復九州制構想的延續，雖然那一次曹操做出了妥協，但他一直思考著這件事，北徵取得的巨大成功，也許鼓舞了曹操，所以回師後就把這件事提了出來。
東漢不設丞相，只有西漢設置，西漢的丞相府裡下設十三曹，相當於13個處，標準的編制多達382人，實際上就是一個標準的小內閣，人事、行政、經濟、交通、司法、外交、軍事無所不管。建安十三年（208）6月，獻帝命太常卿徐璆拿著天子的符節前往鄴縣，拜曹操為丞相。徐璆就是那個從袁術手下逃脫，並將傳國玉璽歸還漢室的功臣。
曹操對這項任命也做了禮節性的推辭，甚至要把丞相讓給徐璆當。徐璆再弱智或者再官迷心竅也斷然不敢應承這種事，予以堅決拒絕。
於是，曹操正式就任丞相，同時任命郗慮為御史大夫。
西漢的三公除丞相外，還有御史大夫和太尉，曹操此次恢復丞相制，沒有恢復太尉，只恢復了丞相和御史大夫。有人認為御史大夫很重要，相當於副丞相，論資歷、聲望和影響，這個職務應該給孔融，但曹操把如此令人矚目的職務給了名不見經傳的郗慮。
郗慮資歷雖淺，與孔融等老牌士大夫們關係也比較惡劣，加上他為人尖刻，報復心強，的確不是副丞相的合適人選，但想想看，也許這些也正是曹操所需要的。