高干见大势已去，只得南下逃亡，企图投奔荆州刘表。行至半途，被上洛都尉王琰截获捕杀，首级传送至曹操军前。并州之乱，就此彻底平定。
此后，曹操又率军东征淳于县，派遣乐进、李典进剿长期作乱沿海的海贼管承，大破其众，肃清海滨，使青、徐沿海一带恢复安定。
建安十二年（207年），曹操率军返回邺城，回顾数年来北定河北、东平海贼、西平并州的赫赫功业，为激励将士、酬谢功臣，他大规模封赏功臣，受封列侯者多达二十余人，其余有功将吏，也依次论功行赏，全军上下，人心振奋。
此时，北方虽大体平定，但袁尚、袁熙逃亡塞外，依附三郡乌桓，屡次引乌桓骑兵入塞侵扰，掳掠边民、抢夺财物，成为北方最大边患。曹操深知，若不彻底解决乌桓与袁氏残余，河北永无宁日。于是，他下定决心，远征塞外，一举肃清北境。
东汉末年，辽西、辽东、右北平三郡的乌桓部落相互联合，号为三郡乌桓，势力最强，其首领为辽西部的单于蹋顿。乌桓与袁氏世代交好，袁绍生前曾以朝廷名义封其首领为单于，彼此互为外援。多年来，三郡乌桓屡屡入塞，杀掠吏民、劫掠财产，边境百姓苦不堪言。
五月，曹操亲率大军北上，抵达无终（今河北玉田）。当时正值盛夏雨季，沿海道路积水成泽，浅处无法通行车马，深处不能承载舟船，大军寸步难行。
危急之时，当地名士田畴前来拜见，向曹操献策：放弃积水难行的滨海大道，改走一条早已废弃、但仍有小径可寻的旧道，出其不意，直插乌桓腹心。
曹操从其计，在田畴引导下，大军登徐无山，出卢龙塞（今河北喜峰口一带），一路开山填谷五百余里，穿越人迹罕至的险地，如神兵天降，直指乌桓老巢柳城（今辽宁朝阳南）。
八月，曹军进至离柳城不足二百里时，乌桓才猛然察觉。蹋顿当即与袁尚、袁熙等人集合数万精锐骑兵，仓促迎战。
两军相遇，乌桓骑兵人数众多、气势极盛；而曹军主力辎重尽在后方，披甲战士不多，左右将士无不惊惧。唯有大将张辽力主速战，极力劝说曹操立刻出击。
曹操登高远望，见乌桓军虽多，却阵势不整、号令不一，战机就在眼前。他当机立断，将自己手中的指挥麾旗授予张辽，令其暂领先锋，全权指挥突击。
张辽手持大旗，身先士卒，趁乌桓阵势尚未稳住、阵脚微动之机，率精锐铁骑发起雷霆猛攻。