济北相鲍信等人迎曹操出任兖州牧，曹操和鲍信合军进攻黄巾，鲍信战死。曹操“设奇伏，昼夜会战”，终于将黄巾击败。

当年冬天，获降卒三十余万，人口百余万。曹操收其精锐，组成军队，号青州兵。又助袁绍打败刘备、单经及陶谦诸军。

初平四年（193年）春天，曹操在匡亭六百里大追击大败袁术、黑山军、南匈奴。徐州牧陶谦率军攻入兖州南部的任城，曹操率军征讨陶谦攻克徐州十余城。

初平四年（193年）秋天，曹操的父亲曹嵩来曹操处路上，被陶谦派兵杀害，曹操遂进兵徐州（治郯，今山东郯城），向东南扩展势力。

陶谦退守郯县，不久曹操军粮将尽，撤围回军。次年夏，曹操再征徐州，略地至东海。

曹操征徐州期间，所过大肆杀戮，一路上“鸡犬亦尽，墟邑无复行人”。这时，东郡守备陈宫对曹操不满，于是与陈留太守张邈、张邈之弟张超、从事中郎许汜及王楷等同谋叛乱，迎吕布为兖州牧。

吕布为当时名将，先为董卓部将，后与王允定计诛杀董卓。一番征战之后，当时只有鄄城（今山东鄄城）和东郡的范（南范县）、东阿（今山东阳谷）两县尚在曹操掌握之中，分别由司马荀彧和寿张令程昱、东郡太守夏侯惇等坚守，形势异常危急。

曹操从徐州赶回，听说吕布屯于濮阳，遂进军围攻濮阳。二军相持百余日，蝗灾大起，双方停战，曹操军还鄄城。

此时，曹操失去了兖州（治今山东郓城西北），军粮已尽，袁绍派人来劝说想让曹操投靠他，让曹操举家迁到邺县当人质。

曹操本打算答应袁绍，多亏程昱劝阻，曹操才打消这个念头。兴平二年（195年），曹操整军再战吕布，三败之，破定陶（今山东定陶）、廪丘（今山东郓城西北）等，平定兖州。

吕布逃往徐州投靠刘备，七月，因李傕、郭汜的火拼，汉献帝从长安东归，下诏让各路诸侯勤王。

建安元年（196年）八月，曹操迎汉献帝。辛亥，汉献帝封曹操为司隶校尉，录尚书事。庚申，迁都许昌。十一月丙戌，汉献帝封曹操为司空，行车骑将军事，百官总己以听。

建安二年（197年）正月，曹操讨伐张绣，军队驻扎在淯水，张绣举众投降，旋即复叛，长子曹昂、侄子曹安民、猛将典韦战死。

此后，曹操又两度攻击张绣，都没有彻底击破。九月，曹操东征袁术，袁术弃军而逃至淮河，枭袁术留守四将。

建安三年（198年）四月，曹操遣谒者裴茂率中郎将段煨讨李傕，夷三族。九月，曹操东征徐州，进攻久与他为敌的吕布。

在曹军攻势之下，吕布军上下离心，十二月，吕布部将魏续、宋宪等生擒陈宫归降曹操，吕布见大势已去，下城投降。

曹操将吕布、陈宫、高顺等人处死，收降吕布部将张辽以及泰山豪杰臧霸、孙观等人，初步控制了徐州。

建安四年（199年），曹操派史涣、曹仁击破张杨旧部眭固，取得河内郡，把势力范围扩张到黄河以北。