建安二年正月，太祖自将六万军往攻绍，羽亦率两万军往助。绍闻太祖来，弃广宗东走，太祖急追之。许攸献计于清河畔界桥设伏，太祖正撄其锋，抱太宗仁皇帝安坐高台，观高顺伏盾重挫绍军，杀逢纪。绍军遂大溃，诸部各自远窜，多有降者。
太祖既覆绍军，分幽、冀、司、并、青五州为幽、平、冀、营、青、雍、司、并、陕九州，以公孙越、公孙范、程普、关羽等为牧。遂委战事于吕范，审配、娄圭、韩当副之。自携太宗仁皇帝北返巡视春耕。
绍自清河、平原东逃，二月，至黄河口蓼城。见朱灵、太史慈率辽东船队渡海而至，围蓼城甚严，心力交瘁，死于城上。攸等皆降。沮授闻绍死，自杀，绍子谭奉邺城降。
三月，太祖至高阳，书召张郃来降，遣其收公孙瓒部，拜瓒为卫尉，走之长安。五月，入济南，以界桥事不得已杀许攸一人，余者皆赦死，发陕州徒刑三载，青州人心遂安。俄而，复举高密郑玄为太常，建大学，行科考，建三长制，又开幽州民屯为户，并均田与之，复设屯田于冀、营、青、陕四州，摊口算于田赋，世称救民涂炭，海内称善。
三年，中原纷乱，坚、操、备、表、术、布等，纵横交攻，民不聊生。太祖在河北，兴业殖产，移屯民为编户，民多乐之。秋，以公孙越、公孙范两路出塞，会猎鲜卑于阴山，俘两万余落，斩首万余，轲比能远窜漠北，从此漠南无单于庭。
四年，于邺城漳水畔筑铜雀台。
五年七月，汉帝束发，太祖自邺城往贺，既至长安，群丑震怖，王允联诸逆相约谋太祖，重申旧誓。未几，与会者八人，出首者四也。公卿请为大将军，不应。将复请，外戚城门校尉董承、左中郎将伏完、右中郎将王斌忧之，相约为乱，起兵攻武库不得，事败见诛。左右复请杀王氏二子，并入宫处置董、伏二贵人。太祖喟然对曰：“吾负汉室行数载至此，虽得善始，不能善终，已多愧矣，焉能为区区意不平复违臣节？”左右虽应之，多不值也。太祖赦王允，留公孙瓒守长安，自将军征蜀。至陈仓，以益州牧刘焉长子范为使，劝降其父；以成都赵谦为司徒，招抚益州各郡长吏；以骑都尉赵云为先锋，出散关，扼武都道；以镇西将军公孙越为后军，同雍州牧钟繇转运粮草。未几，使者未归、后军未至，粮草未齐，有凉州西四郡属官武威庞淯至，俱言西域之散乱，西部鲜卑之骚扰，四郡士民之悲苦，彼言辞恳切，椎心泣血，席中多有落泪者。太祖感其忠，叹其诚，遂斫案立誓，易兵向西。韩遂、马腾，闻之丧胆。腾子超为义从队率，跪请于腾，固劝之，乃降，拜为执金吾。遂欲西窜，未行，闻赵云已凿穿武山，立营于狄道，断其通路，遂无奈东向请降。太祖拜其为平西将军，领西域都护，驻它乾城，维护丝路商道。加云冠军将军，赠秩。