曹操攻陷鄴城之後，袁譚背叛曹操，於是曹操轉而討伐袁譚，並且將其消滅，奪得了青州，而後幷州刺史高幹也向曹操投降，北方已經逐步的都被曹操收入囊中。
【高幹投降，袁譚反叛】
曹操攻陷鄴城之後，幷州刺史高幹看到大勢已去，便以幷州投降歸順朝廷，曹操接納他的投降並且還讓他擔任刺史。
另一方面袁譚依從郭圖之策假意投靠曹操，實際上卻是藉助曹操之手消滅袁尚，於是袁譚趁著曹操攻打鄴城之際，背叛了曹操。攻取甘陵、安平、勃海、河間。袁譚又進攻據守中山的袁尚，袁尚抵擋不住，敗走故安，投奔幽州刺史袁熙。袁譚將袁尚的殘部全部收編，回軍駐紮龍湊。
曹操看到袁譚背叛。遂寫信給袁譚，責備他違背誓約，與他斷絕婚姻關系，把袁譚女兒送回後，出軍討伐袁譚。十二月，曹軍到達其門下，袁譚自平原撤出，退守南皮，在清河沿岸佈防。曹操進入平原，佔領諸縣。
【烏桓之爭】
曹操因牽招曾經受袁紹委任管理烏桓騎兵，因此派他去柳城，安撫烏桓部落。正趕上烏桓峭王動員五千名騎兵，準備去援助袁譚。另外，公孫康也派使者韓忠給峭王送來單于印綬。峭王召集各部落酋長會商，韓忠也在座。
峭王問牽招：“從前，袁紹奉天子之使，委任我為單于；如今，曹操又要再上表奏請天子，委任我為真單于；而遼東又派人送來單于的印綬。這樣，誰應當是真的？”
牽招回答：“從前，袁紹代表天子發號施令，有權封授官爵；後來他違背天子旨意，曹操取代了他，要奏明天子，重新封你為真單于。遼東不過是一個偏遠的郡，能擅自封授官爵！”
韓忠：“我遼東在滄海之東，擁有雄兵百萬，夫餘國以及貊部都聽命於我。當今的形勢，是強者為首，曹操怎麼能唯我獨尊！”牽招大聲呵斥韓忠：“曹公以誠信待人，恭謹明智，輔佐天子，討伐叛逆，安撫順服，平定全國的混亂。你們遼東上下都頑劣奸詐，囂張跋扈。如今倚仗地形險要而又遠離中原，就背叛朝廷，竟敢擅自封授官爵，侮弄天子，應當處以極刑，怎麼敢侮辱詆譭曹公這樣的朝中大臣！”
牽招上前揪住韓忠的頭髮，把他的頭往地上叩按，抽出佩刀，打算殺死韓忠。峭王又驚又怕，光著腳奔過去，抱住牽招，請牽招饒了韓忠。左右之人，都大驚失色。牽招這才回到座位，為峭王等人分析成敗禍福的原因與後果，峭王等酋長們都離開座位，向牽招跪拜，恭敬地接受朝廷命令。峭王等於是把遼東的使臣打發回去，解散了已集結準備援助袁譚的騎兵。
袁譚失去了烏桓的支援，等於自斷一臂，更加不是曹操的對手了。後曹操消滅了袁譚，拜牽招為軍謀掾，
【消滅袁譚】
建安十年（06）春季正月，曹操進攻南皮，袁譚率軍出戰，一開始袁譚抵抗非常強烈，曹軍傷亡慘重。曹操準備稍微減緩攻勢，這時曹操麾下精銳虎豹騎的首領，議郎參司空軍事曹純就：“今日我方千里奔襲以趨敵，如果不能徹底消滅敵人而就匆匆退兵的話，必然會折損軍威；況且我們已經孤軍深入，難以持久作戰。現在敵人因為暫時的勝利而開始驕傲大意，我軍則因進攻受挫而變得謹慎心，以謹慎心的我軍對陣驕傲大意的敵人，我們一定可以獲得勝利。”
曹操聽從了曹純的意見，於是督師加緊進攻，親自擂動戰鼓，在曹軍強大的攻勢下，遂攻陷南皮。
袁譚從城中出逃，披頭散髮，死命打馬逃跑，追趕他的人是曹純麾下的虎豹騎，料想袁譚不是一般人，遂加緊追趕。袁譚從馬上掉了下來，回過頭來：“喂，的放我過來，我能夠使你富貴。”話沒完，頭已落地。
袁譚就此殞命。
曹操討伐袁譚時，其部下王脩正在樂安運送糧食，聽袁譚危急，率領他帶去的士兵和屬下的從事一共幾十人，向袁譚那裡趕赴。到了高密縣時，聽到袁譚已死的訊息，王脩下馬放聲大哭，：“沒有您，我回到哪裡去啊？”
於是去了曹操那裡，請求讓他收葬袁譚的屍體。曹操想要觀察王脩的誠意，沉默著一聲不吭。王脩又：“我曾受過袁氏的厚恩，如果讓我得以收殮袁譚屍體，然後讓我就死，我也不會後悔。”曹操稱讚他的義氣，聽從了他。曹操讓王脩擔任督軍糧，返回樂安。
袁譚被擊破後，全州各個城池都服從了曹操，惟獨管統據守樂安，不願服從。曹操命令王脩去取管統首級，王脩因為管統是亡國的忠臣，於是解開他的捆綁，讓他去見曹操。曹操高興並且赦免了他。
袁氏政令寬縱，在職的有權勢的人大多都積聚財物。曹操攻破鄴城，查抄沒收審配等人的家財數以萬計。待到攻破南皮縣，察看王脩家，糧谷不滿十斛，僅有書籍幾百卷。曹操感嘆著：“王脩作為士人真是名符其實。”於是禮聘王脩為司空掾，代理司金中郎將，後遷為魏郡太守。
袁譚作為袁紹的長子，是有一定才能的，在收復青州的時候功績也很大，但袁譚能力還是不如袁紹的，面對曹操的大軍不僅不能和兄弟齊心，反而聽信郭圖等人的話作為敵人的內應，方便曹操入侵北方。
袁譚和自己弟弟袁尚的內鬥無疑為曹操的進攻大開方便之門，兩兄弟也是逐一被曹操打敗，至於郭圖為袁譚規劃的美好藍圖也只是鏡中花水中月，可看不可及。
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歷史上袁紹死去後，袁氏也依然佔據了北方四州之地，完全可以與曹操對抗，但無奈袁氏兄弟隔閡，相互敵對，引狼入室，最終雞飛蛋打，一無所有。