曹操在打敗袁譚之後，袁熙的部將焦觸、張南等人背其而去，袁熙也被自己的部下趕出了幽州，後幷州刺史高幹再次反叛，曹操先派樂進和李典進攻，未克，後曹操親自攻下，遂取幷州。
【幽州歸曹】
曹操攻克鄴城後，北方形勢已經明朗，袁尚投靠了袁熙，但當時袁熙也已經自身難保。
袁熙的部將焦觸、張南認為天下已變，遂叛變進攻袁熙，袁熙不敵，不得已和自己的弟弟袁尚一起投奔遼西郡的烏桓部落。
而後焦觸自稱幽州刺史，脅迫所屬各郡、縣的長官，都背叛袁氏，歸順曹操。焦觸等集結數萬人的部隊，殺死白馬，歃血為盟，下令：“有敢於違抗者，一律斬首。”
眾人在威逼之下，都不敢抬頭，各自按順序歃血盟誓。只有別駕、代郡人韓珩：“我受到袁氏父子的厚恩，如今袁氏已經破亡，我的智謀不能拯救他們，又沒有勇氣去死節，於君臣大義已經有缺欠。如果再去歸順曹操，就更為失節，我不能作這樣的事。”在場的人都被嚇得變了顏色，生怕焦觸會立刻殺死韓珩。
焦觸：“發動大事，應立大義，事情的成敗，不在乎一個人，我們可以成全韓珩的志願，以勉勵忠心事主的人。”於是他聽任韓珩離去。焦觸等就全部歸降曹操，都被封為列侯，幽州就此也歸於曹操。
而曹操聽了韓珩之事後，認為其忠誠，想讓其為己用，可惜屢屢招其不至，後韓珩死於家中。
【降而復反】
高幹是袁紹侄子，高柔從兄。後被袁紹任命為幷州刺史。袁紹死後，袁尚派高幹、郭援、及南匈奴單于欒提呼廚泉進攻河東，結果郭援兵敗，匈奴人投降，高幹退還幷州。
建安九年（04）曹操大軍北上包圍鄴城，當時情況非常危機，鄴城隨時可能被攻破，袁尚不得已率軍回援，他派牽招至上黨督運軍糧，但還沒回去袁尚就在鄴城之外的中山一帶被曹操打敗，向北逃走。
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看到這種情況牽招認為幷州左有恆山作為天險，右有大河可以固守，又擁兵五萬，北邊有強大的胡人，所以勸高幹把袁尚迎過來，聯合起來應付時變。高幹非但不用其計，反欲加害。牽招聞訊，偷偷潛去，牽招因道路被阻不能回到袁尚處，轉而投奔曹操，被闢為從事。
後因為牽招曾經領導過烏丸兵便派遣牽招與其交涉，並且成功的阻止烏丸派遣軍隊支援袁譚。而鄴城被曹操攻克後，高幹宣佈向曹操投降，被曹操依然委任管理幷州。
而到了次年（05），趙犢、霍奴等殺幽州刺史、涿郡太守，三郡烏丸在獷平攻打鮮于輔。幽州一片大亂，到了八月，於是曹操率軍救援獷平。
高幹看到曹操後方空虛，準備舉兵叛曹，他先詢問了名士仲長統的意見，仲長統：“你有做大事的志向卻沒有做大事的才幹，喜歡招攬士人卻不善於選擇人才，這就是您要十分戒備的事情。”高幹向來自視很高，沒有採納仲長統的意見，以幷州遂反。
【幷州歸曹】
高幹反叛之後，很快就擒拿上黨太守，舉兵拒收壺關口，並密謀派兵攻打鄴城。當時曹操任命荀彧的哥哥荀衍以監軍校尉守鄴，都督河北軍事。荀衍發現了高幹的圖謀，將來犯的叛軍盡誅之，後因此功封列侯。
曹操知道高幹背叛自己後，派樂進、李典討伐他，他們從北道入上黨，突然出現在高幹後方，高幹等人還守壺關，樂進、李典連戰連勝，斬殺敵數位大將，但高幹頑強固守，李、樂久攻不下，於是曹操準備親自領兵討伐。
建安十一年（06）正月，曹操親征壺關，帥大軍過羊腸坂，留下世子曹丕鎮守鄴城，派別駕、從事崔琰輔佐曹丕。高幹聽聞曹操親自率領大軍進攻壺關，加上本來的樂進、李典軍，自料兵勢上不能相抗衡，遂出壺關城，留部將夏昭、鄧升守城，跑到匈奴部落，向匈奴單于呼廚泉求救。呼廚泉自平陽之戰大敗而歸，名義上歸附曹操，畏懼曹操強大的實力，自然不肯再跟高幹等反曹殘餘有所牽連，便拒絕了高幹的請求。
而曹操因為自己兵多將廣，看到高幹也畏懼自己而逃，到了壺關後便下令：“城陷之後，盡坑敵軍。”
壺關守軍知道曹操不給希望後拼死作戰，結果曹操打了一個多月也毫無戰果，這時曹仁向曹操勸諫：“圍城攻郭，必須向敵軍宣示活門，這是為了替其開闢生路。如今主公向敵軍宣告城陷必死，那敵人勢將堅心死守。而且此城堅固糧多，要攻，則士卒疲傷，要守，則遷延日久；這樣駐軍於堅城之下，強攻死守之兵，不是良計。”曹操聽從其言，容許壺關守軍歸降，果然城池立降。於是收錄曹仁前後軍功，封其為都亭侯。
曹操收復壺關後，高幹也離開了幷州逃往南方，曹操遂得到北方四州幽、冀、青、並中的最後一個大州。
【收服管承】
管承是青州一帶的一個大海賊，盤據在北海淳于一帶作亂，有三千多的部屬，曹操攻克壺關後再次派遣樂進、李典討伐其，並將其擊破，管承逃往海島。
後何夔對朝廷提議：“管承等人不是生下來就喜歡作亂，習慣於作亂，不能自行悔改，沒有受到仁德的教化，所以不知道迴心從善。現在軍隊逼得他們太急，他們害怕被消滅，必定會合力作戰。攻打他們既不容易攻下來，即使獲勝，也一定會傷害官吏百姓。不如慢慢用恩德開導，允許讓他們自行悔改，就可以不用煩勞軍隊來平定他們。”
曹操認可了何夔的方法，派遣郡丞黃珍前去給他們講述成敗得失的道理，管承等人於是都請求歸降朝廷。
時間到了建安十一年（06）曹操已經從袁氏家族手中奪得了北方冀州、青州、幽州、幷州四個大州，並且把袁尚、袁熙、高幹等人驅逐了出去，在加上曹操原本控制的兗州、豫州、徐州等地盤，他已經了是當時天下最強大的諸侯，實力基本相當於其他諸侯之和。
但袁尚、袁熙等人依然活著，這對曹操北方的統治依然有一定的威脅。