曹操彻底消除了远征河北的后顾之忧。
二月，袁尚不顾曹操压境，再次出兵攻打袁谭，邺城守备空虚。曹操抓住这一千载难逢的战机，亲率大军直扑邺城。当时，邺城由袁尚心腹苏由、审配联手镇守，苏由见曹军势大，暗中谋划归降，在曹操大军进至洹水时，便悄悄派人联络，举城内应之事败露后，苏由索性直接投奔曹操。
曹操大军抵达邺城外，立刻下令修筑土山、挖掘地道，从高空、地下两路同时攻城，攻势猛烈。此时，武安县长尹楷驻守毛城，负责打通上党地区的粮道，源源不断为邺城输送粮草，成为邺城坚守的关键。
四月，曹操留曹洪为主将，持续围攻邺城，自己则亲率精锐北上，一举击破尹楷，切断邺城粮道；随后又回师南下，攻破邯郸，击杀守将沮鹄。易阳县令韩范、涉县长梁岐眼见曹军所向披靡，袁氏败局已定，纷纷献城归降。
五月，曹操改变攻城策略，下令毁掉之前修筑的土山、地道，转而在邺城四周挖掘深壕，引漳河水灌入城中。大水围城，邺城内外隔绝，粮草耗尽，城中百姓与守军饿死过半，惨不忍睹，邺城早已岌岌可危。
七月，袁尚在前线得知邺城危急，大惊失色，立刻率主力回救。大军依托滏水安营扎寨，企图解邺城之围。曹操毫不留情，进军将袁尚营寨团团包围。袁尚见大势已去，心生恐惧，派人向曹操请求投降，曹操深知袁尚反复无常，断然拒绝。走投无路的袁尚只得趁夜突围逃跑，麾下大军群龙无首，瞬间溃散。袁尚孤身逃奔中山国，苟延残喘。
曹操命人将缴获的袁尚印绶、符节、斧钺拿到邺城城下展示，城中守军得知袁尚已败、主帅逃亡，斗志彻底崩溃，再无坚守之心。
八月，审配仍死守不降，可他的侄子审荣眼见城中饿殍遍地、败局无法挽回，深夜打开邺城东门，放曹军入城。曹操大军一拥而入，邺城宣告攻破。顽抗到底的审配被生擒，曹操念其忠心，却也知其不肯归降，最终下令将其斩杀。
攻克邺城后，曹操亲自来到袁绍墓前，设祭哭祭，追忆昔日与袁绍的旧交，感慨世事变迁。随后，他又亲自慰劳袁绍的妻子，将袁家被收缴的家人、宝物悉数归还，还赐给袁家大量绸缎、粮食，妥善供养其家人。此举既安抚了河北民心，也彰显了曹操的胸襟气度，让冀州百姓渐渐归心。
也是从这一年起，曹操正式将自己的政治、军事核心据点，从许县北迁至冀州邺城。此后，曹魏的政令颁布、军队调遣、官员任免，皆由邺城发出，曾经的东汉都城
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