曹操北伐烏恆雖然面臨了諸多的曲折和困難，但在郭嘉、田疇等人幫助和三軍用命的情況之下，還是取得了最終的勝利。
【兵貴神速，出其不意】
曹操的大軍進發到易縣時，郭嘉覺得推進的速度還是太慢，於是提議道：“兵貴神速，如今遠涉千里進行奇襲，輜重太多，難以掌握先機。而且假如烏桓人得到訊息，必然加強戒備；不如留下輜重，軍隊輕裝以加倍的速度急進，出其不意地進攻。”
當時正趕上夏季，大雨不止，沿海一帶泥濘難行，而且烏桓人還在交通要道派兵把守，曹軍受阻無法前進。
曹操對此十分憂慮，向田疇詢問對策。田疇：“這條道路每逢夏秋兩季常常積水，淺的不能通車馬，深的不能載舟船，是長期不能解決的難題。原來右北平郡府設在平岡，道路透過盧龍塞，到達柳城。自從光武帝建武以來，道路陷壞，無人行走，已將近二百年，但仍留有道路的殘跡可循。現在烏桓人以為無終是我們大軍的必經之路，大軍不能前進，只好撤退，因此他們放鬆以了戒備。如果我們默默地回軍，卻從盧龍塞口越過白檀險阻，進到他們沒有設防的區域，路近而行動方便，攻其不備，可以不戰而捉住蹋頓。”
曹操：“很好！”於是率軍從無終撤退，在水邊的路旁留下一塊大木牌，上面寫著：“現在夏季暑熱，道路不通，且等到秋冬，再出兵討伐。”烏桓人的偵察騎兵看到後，當真以為曹軍已經離去。
【大勝烏恆】
在麻痺成功烏恆人之後，曹操命令田疇率領他的部眾作嚮導，上徐無山，鑿山填谷，行進五百餘裡，經過白檀、平岡，穿過了鮮卑部落的王庭，向東直指柳城。距離二百餘裡時，烏桓人才發現曹操來襲。袁尚、袁熙與蹋頓以及遼西單于樓班、右北平單于能臣抵之等率領數萬名騎兵迎擊曹軍。
於是雙方在白狼山展開決戰，當時曹操率軍突然與烏桓軍相遇，而烏桓軍軍力強盛。曹軍車輛輜重都在後邊，身披鎧甲的將士很少，曹操左右的人都感到畏懼。
曹操登高，看到烏桓軍隊不整，張遼也是壯氣奮發，力勸曹操接戰，於是曹操就縱兵攻擊，派張遼為先鋒，以曹純率領虎豹騎跟隨張遼衝擊烏桓軍陣，烏桓軍隊大亂，騎兵無法抵擋，被擊潰後逃竄。蹋頓單于及其他首領被虎豹騎抓獲斬殺。曹軍趁勢追亡逐北，迫使敵軍二十萬眾投降。
【袁尚之死】
在被曹操打敗後東單於速僕丸與袁尚、袁熙就投奔了遼東郡太守公孫康，跟隨他們的還有數千名騎兵。當時有人勸曹操乘勢追擊，曹操：“我將使公孫康送來袁尚、袁熙的人頭，不必再勞師動眾。”九月，曹操遂率大軍從柳城班師。
而逃到遼東後，袁尚同袁熙商量：“現在到遼東，公孫康必然見我，我一個人為兄長親手殺了他，並且佔領遼東，還可以用來擴大自己。”
結果公孫康也想要殺死袁尚、袁熙，作為對朝廷立下的功勞，於是先埋伏精兵在馬廄中，然後請袁尚、袁熙進來。袁熙心中起疑，不想進去，袁尚強迫他進去，袁熙就同他一道進去。他們還沒來得及入座，公孫康叫出伏兵，把他們捉住。讓二人坐在結冰的地上。袁尚對公孫康：“沒死的時候，忍受不了寒冷，能給我們坐席嗎？”公孫康：“你的頭顱馬上就要走萬里路，要席子幹什麼用！”（注1）
於是斬殺袁尚、袁熙，連同速僕丸的人頭一起送給曹操。當時將領中就有人問曹操了：“您已退軍而公孫康殺死袁尚、袁熙，這是為什麼？”曹操：“公孫康一向畏懼袁尚、袁熙，我如果急攻，他們就會合力抵抗；緩和時，他們就會自相殘殺；是形勢使他們這樣做的。”
經過在荀攸和郭嘉先後的提議，曹操同學看起來已得其中三味。而在打敗烏恆，公孫康送來袁尚頭顱之後，曹操已經掃清了北方潛在的威脅，此時曹操可以無憂的準備南下了。
【郭嘉、張繡之死】
烏恆之役曹操雖然贏了，但實際上損失也很大，麾下重將張繡和重要謀士郭嘉都在北伐的途中去世。據《三國志》記載張繡跟隨曹操去柳城征討烏桓，還沒有到達就死了（《魏略》關於張繡之死有其他的記載），被諡為定侯，兒子張泉繼嗣。
而在從柳城回來的途中，因為水土不服，氣候惡劣，再加上日夜急行又操勞過度，郭嘉也因為患疾病去世。
【大賞異議】
曹操得到袁尚的頭顱後，把其懸掛起來示眾，號並且令三軍：“有敢於哭泣的，處斬！”但這卻擋不住那些感恩之人，牽招獨自設祭，放聲悲哭，曹操認為他是忠於故主的義士，推薦他為茂才。田疇因為曾被袁尚所徵召，就前往弔唁祭奠。曹操也不追究，反而對其大為欣賞。
得勝歸來後，曹操論功行賞，封田疇為亭侯，封地有五百戶。田疇：“我當初是為劉虞報仇，率眾逃亡，我的志願沒有達到，反而以此獲利，這不是我的本意。”堅決辭讓，不肯接受封爵。曹操知道田疇是出於真心，同意他的辭讓，沒有勉強他接受。
在曹操北伐之時，有段時間天氣寒冷，又遇上大旱，二百裡沒有水，軍隊缺乏糧食，只好殺死幾千匹戰馬作為軍糧，挖地三十餘丈才見到水。大軍返回後，曹操調查以前勸阻他出兵征討烏桓的人，眾人不知道是因為什麼，都心懷畏懼。
結果曹操卻對勸阻者都加以厚賞，對他們：“我先前出兵，實在危險，雖然僥倖獲勝，全是靠上天保佑，不能作為常規。你們的意見，才是萬全之計，所以加以賞賜，以後不要害怕提相反的意見。”
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田疇、程昱不聽其他的諸侯的召喚，獨願意投靠曹操，這不是沒有理由的。
注1：《典略》記載是袁熙的，而《後漢書》記載是公孫康的。