白狼山，位于今辽宁省喀喇沁左翼蒙古族自治县境内，海拔并不高，只有800多米，但因为周围地势平坦，此山突兀而出，所以给人高耸入云的感觉。
山下有白狼水流过，今称大凌河，为辽西最著名的河流，直接注入渤海，据说白狼山因此得名。但还有一个说法，说山上有一个白石砬子，砬子是方言，也就是大石头，这块大石头样子像一只羊，也像一只狼，所以称白狼山，而白狼水因山而得名。
这座山虽然远在北疆，却历史悠久。春秋时伯夷和叔齐二人因为不食周粟而隐居于首阳山，最后饿死在那里，据学者考证这个首阳山即白狼山。曹军的快速纵队越过白檀、平冈，接近了白狼山，距此东北方向200里就是乌桓人的大本营柳城了。
这时乌桓人才发现曹军主力已经到了跟前，疾告蹋顿。蹋顿大吃一惊，仓促间集合兵马，迅速赶往白狼城迎敌。随蹋顿一块来的还有袁熙、袁尚，以及辽西郡乌桓单于楼班、右北平郡乌桓单于能臣抵之等部，总兵力多达数万人，基本上都是骑兵。
曹军快速纵队与乌桓联军相遇，此时是建安十二年（207）的8月。曹操亲率先头部队抢占了白狼山，占据了有利地形，随后数万乌桓骑兵也杀到了，气势很强大。这时曹军的后续部队还没有跟上，曹操身边只有张辽所部和曹纯率领的一部分虎豹骑，由于是急行军而来，大部分人都没有披戴铠甲。
面对数倍于己的乌桓骑兵，有些人感到了害怕。曹操让大家不要惊慌，他登上白狼山远望，发现敌人阵形不整，曹操看出他们也是远道而来，疲惫不堪，如果此时发起攻击正是时候。
站在白狼山上的曹操只向山下的乌桓人看了几眼，就断然决定不待后续部队赶到，趁敌人阵形未稳之机立即发起猛攻。曹操的想法与张辽不谋而合，张辽意气风发，主动请战，曹操把手里的指挥旗授予张辽，命他全权指挥曹军，组织对敌人的进攻。
当初曹操决定北征乌桓，张辽也是反对者之一，张辽劝曹操说许县是天下要地，绝不能轻易丢掉，应该防备刘表的偷袭。曹操最后还是决定北征，张辽不因自己的意见未被领导采纳就闹情绪，作为北征的先头部队，他坚决执行命令，面对危险来临时，他敢打敢上，这正是做大将应有的素质。张辽整顿所部人马在前，曹纯督率虎豹骑在后，直冲乌桓骑兵，结果乌桓人大败，曹军以悬殊的兵力获得大胜。
虎豹骑更是露足了脸，一举将蹋顿斩于马下！
其实乌桓人是挺有战斗力的，如果认为乌桓人本来就不堪一击那就大错特错了，乌桓人能长期驰骋于北方，绝不是吹出来的，尤其是蹋顿，有勇有谋，在乌桓人中很有号召力。
乌桓人之所以大败，一方面是张辽、曹纯所部尽是曹军中最能打的精锐部队，他们作战勇敢，如今身处险地，誓死一搏。另一方面，也是最重要的，是曹操抓住了战机，敌人远道而来，人困马乏，阵形不整，互相联络不畅，本想停下来扎住营寨再跟曹军真刀真枪地过过招，没想到曹军没给他们这样的机会，一上来就打了个冲锋，让他们措手不及。此战虎豹骑表现得确实太生猛，这支在南皮城外立斩袁谭的劲旅，此番又找到了疆场扬名的机会，他们杀了蹋顿，使乌桓人的抵抗迅速瓦解。乌桓人没有统一的指挥，很快就四分五散。
曹操见状高兴异常，他让人把蹋顿的首级拿来观看，看完亲自系在自己的马鞍上，又手舞足蹈地在马上舞了起来。楼班、能臣抵之以及袁熙、袁尚等人不敢恋战，纠合在一起约有数千人，他们没有退回柳城，而是向东南方向逃去，投奔辽东太守公孙康去了。
曹操率军趁势直捣柳城，在此未遇到大的抵抗。
曹操在柳城只待了一个月就下令回师了，临行前曹操下令重新清理乌桓控制区的人口，对于那些从内地被乌桓人和袁氏兄弟挟持来的汉人，征求他们自己的意见，愿意回去的就一块带回。结果绝大多数汉人都愿意回去，人数多达10余万。
按照将领们的想法，就这样回去显然不甘心，既然袁氏兄弟逃到了辽东，还不如驱兵直赴辽东，一举把公孙康也灭了，省得今后再来一趟。但曹操撤军的命令下来了，不去辽东，直接回冀州。
这让许多人不解，大家都觉得若论敢想敢干，一般人真比不上曹公，现在大家的积极性被调动起来了，曹公反而不敢干了。
面对士气如虹的将领们，曹操笑着说：“我正在让公孙康把袁尚、袁熙的头砍了送来，不劳大家辛苦了！”这句话让大家百思不解，于是去问参谋长（军祭酒）郭嘉，希望他出面再劝劝曹公。哪知郭参谋长神秘地笑而不答，那意思是你们就等着看好戏吧。
北征大胜，作为此次军事行动的坚定支持者和首席谋士，郭嘉一直跟随大军行动，打了大胜仗，他本应和大家一样感到很振奋，但此时他却振奋不起来。
因为郭嘉病了，郭嘉得的什么病没有记载，也许是过于操劳，也许是深入北方少数民族地区后水土不服，这次他病得很重，身体一天比一天差，曹操为此很忧心，命人好好照料他，并且准备尽快回师。
建安十二年（207）9月，曹操率军从柳城回师。
刚上路不久，辽东郡太守公孙康的使者就追来了，送来了袁尚、袁熙以及辽东郡乌桓单于速仆丸的首级。
将领们一看简直神了，原来曹公早已胸有成竹，料事如神，不战而胜。大家不知道他究竟用了什么样的高招，把向来恃远不服的公孙康都调动了。于是都过来问，曹操笑了笑说：“公孙康对袁氏父子素来畏惧且忌惮，我们如果追之过急，他们就会联合起来对抗我们。如果缓一些，他们就会自相残杀，就是这个简单的道理而已。”
大家听了，不得不佩服。
曹操率军继续前进，他们回师走的是哪条道没有明确记载，但与来时相比，回程一样不轻松，甚至更加艰难。来时遇到大雨，归途却遇到了大旱。这时候天气还很冷，200里之内找不到水源，军粮也成了问题，曹操不得不下令杀马充饥，前后共杀了几千匹战马，这让曹操心疼坏了，可怜一部分虎豹骑的兄弟现在也只能暂时改当步兵了。
曹操命人就地凿井取水，挖了30多丈，再往下挖就要把辽河油田提前给挖出来了，这才勉强打出了点儿水。这一仗打得惨烈，行军的景象也惨烈，去的时候惨烈，得胜归来也惨烈，曹军从来没有打过这样的仗。
郭嘉已经无法骑马，只能躺在车上。曹操惦记着郭嘉的病情，一路上不停地询问，经常到郭嘉跟前探望，但郭嘉的病情丝毫没有好转的迹象，这让曹操心情很沉重。
在这次回师的路上也有令人高兴的事，大军行进到易水时，代郡乌桓单于普富卢、上郡乌桓单于那楼等人亲率部族首领前来祝贺曹军大捷，并表示愿意归降。
还有一件有趣的事，在曹军队伍里有一辆大车，车上有个大铁笼，里面关着一件稀罕物，一只狮子。在白狼山上曹军遇到了一只狮子，派人格杀，但狮子很凶，伤了不少人。曹操亲自率领数百人围攻它。狮子怒吼，吓得左右皆惊。曹操忽然发现从林子里跑出一个东西，像是狸子，它蹿到曹操所乘车子的车把上，狮子过来攻击，这个像狸子一样的东西跳起来蹿到狮子头上，狮子一下子趴到地上不敢起来了，大家于是上去把狮子杀了。
白狼山上遇到的狮子不止一只，曹操指挥人居然还活捉了一只，于是弄个笼子装到车上拉回去。快到邺县时，这头雄狮大吼了一声，30里之内的鸡狗闻听此声，吓得都不敢叫唤。
建安十三年（208）正月，曹操率军回到邺县。
北定乌桓，打了最艰难也最充满悬念的一仗，所有的人都松了口气，邺县到处是一片喜庆的气氛，但曹操的心情却放松不下来，他甚至有些悲伤。
在归师的队伍里没有看见北征军军祭酒郭嘉的身影，因为就在前几天，还在归师的途中，年仅38岁的郭嘉因病去世了。算起来，郭嘉追随曹操前后11年，但时间仿佛眨眼间就过去了。郭嘉这次是抱病随征，一路上病情不断加重，回来的时候越来越重了，曹操一直很担心他，确信郭嘉已不在人世时，曹操无比悲伤。
此前，曹操在战场上失去过儿子和侄子，失去过典韦这样的心腹爱将，也失去过鲍信那样的战友，每一次他都很悲痛，但都没有这一次这么伤心。
曹操亲自参加了郭嘉的追悼会，哀痛异常。荀攸当时也在场，曹操对荀攸说：“你们的年龄跟我差不多是一辈的，只有奉孝年纪最小。等天下平定了，本想把后事托付给他，不想却中年夭折，这难道是命运吗？”说完，曹操又连声呼唤道：“哀哉奉孝！痛哉奉孝！惜哉奉孝！”曹操上书献帝，追记郭嘉的功劳，将其食邑追加了800户，谥郭嘉为贞侯，爵位由郭嘉的儿子郭奕继承。
之后，曹操又做出一项政治改革，废除了三公制，恢复丞相制，自己担任丞相，这是几年前恢复九州制构想的延续，虽然那一次曹操做出了妥协，但他一直思考着这件事，北征取得的巨大成功，也许鼓舞了曹操，所以回师后就把这件事提了出来。
东汉不设丞相，只有西汉设置，西汉的丞相府里下设十三曹，相当于13个处，标准的编制多达382人，实际上就是一个标准的小内阁，人事、行政、经济、交通、司法、外交、军事无所不管。建安十三年（208）6月，献帝命太常卿徐璆拿着天子的符节前往邺县，拜曹操为丞相。徐璆就是那个从袁术手下逃脱，并将传国玉玺归还汉室的功臣。
曹操对这项任命也做了礼节性的推辞，甚至要把丞相让给徐璆当。徐璆再弱智或者再官迷心窍也断然不敢应承这种事，予以坚决拒绝。
于是，曹操正式就任丞相，同时任命郗虑为御史大夫。
西汉的三公除丞相外，还有御史大夫和太尉，曹操此次恢复丞相制，没有恢复太尉，只恢复了丞相和御史大夫。有人认为御史大夫很重要，相当于副丞相，论资历、声望和影响，这个职务应该给孔融，但曹操把如此令人瞩目的职务给了名不见经传的郗虑。
郗虑资历虽浅，与孔融等老牌士大夫们关系也比较恶劣，加上他为人尖刻，报复心强，的确不是副丞相的合适人选，但想想看，也许这些也正是曹操所需要的。