吕布前往徐州投奔刘备，张邈与吕布同行，留张超驻守雍丘。七月，因关中李傕、郭汜的火拼，汉献帝从长安东归。八月，曹操围攻张超于雍丘。十月，献帝正式拜曹操为兖州牧。十二月，曹操攻破雍丘，张超自杀。曹操夷灭张邈三族，而张邈在求救袁术的途中被部下所杀。兖州自此平定，曹操又率军东攻陈国之地。[
建安元年（公元196年）二月，曹操讨平汝南、颍川一带的黄巾军何仪、刘辟等部，献帝封曹操为建德将军。六月，经曹操谋士董昭的劝说，献帝身边的将军杨奉等人表请拜曹操为镇东将军，袭父费亭侯之爵位。
早在初平三年（公元192年），曹操的谋士毛玠就提出了“奉天子以令不臣，修耕植，畜军资”的战略性建议，曹操深以为是。[] 到此时，曹操想迎接献帝，其谋臣大多认为山东尚未平定，而献帝身边的韩暹、杨奉等又骄横难制，所以不赞成迎接，只有荀彧、程昱极力劝迎。最后，曹操决定派曹洪率兵迎接献帝，但被卫将军董承与袁术的部将苌奴据险阻止。[] 建安元年（公元196年）七月，献帝回到洛阳，董承为牵制韩暹等跋扈的将领，又密召曹操来洛阳。八月，曹操来到洛阳，奏明韩暹、张杨之罪，韩暹逃奔杨奉，因护驾之功被献帝特赦，于是曹操杀了侍中台崇、尚书冯硕、议郎侯祈，封董承等十三人为列侯，曹操本人亦领司隶校尉、录尚书事。[] 随后曹操听从董昭建议，于九月迁献帝于许县，他本人被封为大将军，进封武平侯。[] 杨奉对迁许之举非常不满，打算拦路截击，失败。十月，曹操讨平杨奉。[] 十一月，曹操升任司空，行车骑将军事，总揽朝政。
这一年，曹操听从枣祗、韩浩等人的建议，开始实行屯田制。刘备遭到吕布袭击，投奔曹操。程昱劝道：“依我看刘备有雄才大略，又深得民心，不会久居人下，不如趁早除掉他。”曹操回答：“如今正是招揽贤才之时，为杀一人而失天下人心，不可。”
建安二年（公元197年）正月，曹操讨伐割据宛城的张绣，驻军淯水。张绣举众投降，旋即复叛，曹操长子曹昂、侄子曹安民、猛将典韦战死（宛城之战）。曹操引兵退还舞阴，张绣派兵来攻，被曹操击退。张绣奔往穰城，与刘表联合。曹操对诸将说：“我收降张绣等人，却犯了没有立即扣押人质的错误，所以遭到了失败。我明白了失败的原因，请大家看着，从今以后我不会再失败了。”之后回到许县。[
割据淮南的袁术僭号，吕布把他的使者送到许县，袁术怒而进攻吕布，结果为吕布所破。九月，袁术侵略陈国，曹操闻讯亲自东征袁术。袁术得知曹操亲自来，便弃军而逃，留桥蕤等四将镇守。曹操到后，斩杀桥蕤等将。袁术渡淮而走，曹操也回到许县。
十一月，曹操南征荆州，到达宛城。刘表部将邓济据湖阳，曹操生擒邓济，湖阳也投降。之后曹操又攻下了舞阴。[]
建安三年（公元198年）正月，曹操回到许县。三月，曹操再次南征，围攻张绣于穰城。四月，曹操所遣的谒者裴茂率中郎将段煨讨李傕，夷三族。五月，刘表派兵救援张绣，并打算截断曹操后路。曹操引军退还，张绣追击，曹操军无法前行，于是结成连营，得以慢慢前进。曹操写信给荀彧说：“贼军紧追我军，虽然我军日行数里，但我算好了，到安众县时，一定能打败张绣。”到了安众县，张绣和刘表联军守在险要地方，曹操军前后受敌。曹操于是派人趁天黑在险要处挖凿一条地道，把辎重物资全部偷运过去，又设下伏兵。天明时，张绣军认为曹操已逃走，全军追赶。曹操便派出步兵、骑兵两面夹攻，把贼军打得大败。七月，曹操回到许都。荀彧问曹操：“之前您料定一定会打败敌军，这是为什么？”曹操回答：“敌人阻止我回归的部队，与我军死地战，我由此而知一定会胜利。”九月，曹操东征徐州，进攻久与他为敌的吕布。十月，曹操破彭城，擒获吕布的彭城相侯谐。曹操进军下邳，吕布亲自率骑兵逆击，曹操大破吕布，擒获他的部将成廉，并追击到下邳城下。
吕布欲图投降，陈宫等人劝阻吕布，又劝吕布出战，吕布再次战败，退回城内固守。曹操用荀攸、郭嘉之计，决泗、沂之水灌城。十二月，吕布部将魏续、宋宪等生擒陈宫，归降曹操。吕布见大势已去，下城投降。曹操将吕布、陈宫、高顺等人处死，收降吕布部将张辽以及泰山豪杰臧霸、孙观等人，初步控制了徐州。曹操将青、徐二州委托给臧霸等泰山诸将。
当初，曹操统领兖州时，任命东平人毕谌为别驾。后来张邈叛乱，劫走毕谌的母亲、弟弟、妻小，曹操放任毕谌离去，对他说：“你的老母亲在张邈那里，你可以离开。”毕谌叩头表示不会怀有二心，曹操十分赞赏他，并感动地流下了眼泪。但是毕谌出去后，还是选择逃到张邈那里。吕布败亡后，曹操生擒毕谌，众人为他担心，曹操说：“作为人能孝顺他的亲人，不也会忠于他的君主吗！这正是我所需要的人。”于是任命他为鲁国相。
建安四年（公元199年）二月，曹操到达昌邑。张杨的部将杨丑杀死张杨响应曹操，眭固又杀杨丑，率众屯射犬，联合袁绍。[] 曹操把司空之位让给太仆赵岐，朝廷不从。朝廷因曹操讨吕布有功，为他增邑三千户，曹操固辞不受。[] 四月，曹操亲征河内，并派史涣、曹仁击杀眭固。曹操渡河进围射犬，河内太守缪尚与张杨手下长史薛洪率众投降。曹操取得河内郡，把势力范围扩张到黄河以北。
当初，曹操举魏种为孝廉，兖州叛乱时，曹操说：“唯独魏种不会背叛我。”结果魏种叛逃，曹操怒道：“你魏种只要没有南逃越地、北走胡地，我就一定不会放过你！”取得射犬后，魏种被生擒。曹操既往不咎，下令给魏种松绑，并任命他为河内太守，将河北之事委托给他。[
消灭眭固后，为了应对之后与袁绍的战争，曹操预作布置，命在青州有潜在影响的臧霸等人攻入青州，占领齐（治今山东临淄）、北海（治今山东寿光东南）等地，巩固右翼；又命大将于禁屯军黄河南岸，监视袁军。不久，张绣听从谋士贾诩之计，投降曹操，曹操大喜，拜张绣为扬武将军，解除了后顾之忧。
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