漢獻帝建安十二年（207）八月，曹操大破三郡烏桓於白狼山，平定了烏桓的親袁勢力，徹底消滅袁紹殘餘力量，穩定了東北部，為日後南下攻取荊州解除後顧之憂。200年春，冀州牧袁紹南攻曹操，司空、行車騎將軍事曹操迎敵，雙方展開官渡之戰。十月，曹操大破袁紹於官渡（在今河南中牟縣城東北），袁紹領著八百騎渡河逃回冀州，自此一蹶不振。202年五月，袁紹因憤鬱成疾嘔血病故；親信假稱主公遺囑而擁立其小兒子袁尚嗣位。袁紹長子青州刺史袁譚不服，遂自稱車騎將軍，出兵同小弟袁尚相攻爭位。袁尚兵敗，投奔二哥幽州刺史袁熙。袁氏兄弟鬩牆，同室操戈，便給了曹操各個擊破的良機。
205年正月曹操擊殺袁譚。旋即袁熙又被部將驅逐，無處容身，只好與弟弟袁尚脅迫幽、冀軍民十餘萬投奔遼西烏桓單于蹋頓，欲藉助烏桓力量「復圖冀州」。烏桓亦作烏丸，東胡之一支，西漢時逐步南遷，活動於今西拉木倫河流域及其以北地區。東漢初，朝廷安置其入居塞內，分布於上谷、漁陽、右北平、遼西、遼東屬國及廣陽、代、雁門、太原、朔方等郡。烏桓以遊牧、狩獵為生，故精於騎射，驍勇善戰。入塞而居的十郡烏桓組建了「烏桓突騎」，是一支摧鋒陷陣、戰力強悍的騎兵衝鋒隊，頗享盛名。遼西烏桓居於遼西郡，即今河北遷西、樂亭以東、長城以南，遼寧松嶺山以東、大凌河以西地區。
時遼西烏桓大人（部首領）為蹋頓。蹋頓有武略威望，被三郡推為大首領，總攝遼西、遼東、右北平三郡烏桓，雄踞北邊諸郡，並不斷參與漢族軍閥之間的爭鬥。198年冬，冀州的袁紹攻幽州的公孫瓚，蹋頓出兵助袁紹破滅公孫瓚，袁紹盡得幽州之地，封其為烏桓單于，獎賞並拉攏之，以為外援。故蹋頓與袁氏有老交情。袁熙、袁尚兄弟跑到柳城（今遼寧朝陽市），投奔了遼西烏桓單于蹋頓。蹋頓真挺夠意思，不但熱情收留無家可歸的袁氏兄弟，並且熱心的準備幫助其恢復故地。於是二袁與蹋頓聯手，頻頻侵擾邊塞，攪得東北境不得安寧。曹操為徹底消滅袁氏殘餘勢力，安定其東北境，解除南下西進的後顧之憂，遂決定北徵烏桓。
曹軍諸將對北徵烏桓皆持異議，認為不值得為已不足為患的袁氏兩個喪家犬而勞師遠徵；更擔心荊州牧劉表乘虛進攻許都，導致曹軍腹背受敵，進退維谷。謀士郭嘉則認為，烏桓自恃地處邊遠而無備，出其不意定可奏捷；況且蹋頓與袁氏交厚，雙方聯結其勢必盛，可就不易制服了；劉表多疑寡斷，必不會出兵襲我。曹操甚善郭嘉之言，決意北伐。兵馬未動，糧草先行。謀攻烏桓之初，曹操便於206年先行開鑿了平虜渠、泉州渠兩條渠道，通漕運，以確保糧草軍需供給。207年夏初，曹操率領張遼、徐晃、張郃等將領及謀士郭嘉踏上北伐徵途。大軍北進至易縣，曹操採納郭嘉「兵貴神速」的建議，留下輜重，部隊輕裝疾進。
曹軍抵達無終（今天津市薊縣），兵臨塞口，準備經濱海道捷徑直搗柳城。不巧趕上連綿夏雨，沿海地勢低洼，積水漫衍，大軍被水潦所阻隔，曹軍頓時陷入進退兩難的困境。然吉人天相，率領宗族隱居徐無山（今河北玉田縣東北）的奇士田疇出山相助了。田疇是個「地理通」，引導曹軍上徐無山，經遵化，從間道循灤河河谷出盧龍塞（在今河北遷安市西北喜峰口附近，是從河北平原通向東北的一條交通要道），經白檀縣（今河北灤平縣東北興州河南岸），歷平岡縣（平剛，治今內蒙古寧城縣西南黑城村古城），穿越鮮卑部落與王庭，歷經艱辛，終於接近了攻擊目標。
八月，曹操率領輕騎兵東指柳城。距離柳城不到二百裡時，烏桓方才聞警。二袁和蹋頓及遼西單于樓班、右北平單于能臣抵等，立時率領數萬精騎西進拒戰。曹操登上白狼山（即今遼寧喀左縣東境小凌河源松嶺）觀望，敵軍突至。居高遠眺的曹操發現烏桓軍雖眾，卻陣勢不整，突擊可以得手。曹操趕忙命張遼為先鋒，率領輕騎兵衝擊敵陣。烏桓突騎單兵作戰能力強，但缺乏戰術、戰略配合，而且恃眾輕敵，故而猝遭突擊頓時大亂，蹋頓命喪當場，全軍亦隨之崩潰，胡、漢投降者二十餘萬。袁氏兄弟及樓班等率領數千騎投奔遼東太守公孫康。公孫康殺袁熙、袁尚，首級函獻曹操。
曹操一戰破烏桓，徹底翦除袁氏殘餘勢力，穩定了北方，解除了南攻荊州的後顧之憂。為了增強軍事力量，曹操整編烏桓騎兵，組建了威震天下的烏桓名騎，成為曹操東徵西討的生力軍。