逃跑的袁熙，聽說曹丕把他的妻子納為小妾，火冒三丈。袁術，袁熙勾結遼西烏桓首領蹋頓，屢次騷擾邊境。烏桓攻破幽州，俘虜了漢民十餘萬戶。
建安十二年（207年），曹操為了肅清袁氏殘餘勢力，也為了徹底解決三郡烏桓入塞為害問題，決定遠征烏桓。其實，曹操早有北征烏桓的打算，在建安十一年時，他就命董昭修建了兩條漕運：一是“平虜渠”，由今河北省饒陽縣至滄州市；二是“泉州渠”，在今天津市寶坻、武清二縣境。這樣做是為了北征時便於運送軍糧。
北征之前，很多將領、謀士，提出了異議：袁氏兄弟已是秋後之蟥，不值得孤軍深入，怕劉備會勸劉表趁虛進攻許都，將會出現首位不得相顧的被動局麵。
郭嘉道：“烏桓恃其邊遠，疏於防範，我們出其不意，即使孤軍深入也定能擊敗爾等。況袁氏與烏桓關係非同尋常，而河北百姓對袁家尚有感情，一旦放過袁氏兄弟，等他日後形成氣候，則‘民夷俱應’，再想製住他就難啦！固今日當迅速滅掉袁氏。至於劉備那廝，不足慮也。現在他依附劉表，劉表不重用於他。我們即使‘虛國遠征’萬萬不用擔心……”
郭嘉（170年-207年），字奉孝，東漢末潁川陽翟（今河南禹州）人，曹操重要謀士，他常能為曹操製定出奇製勝的計策。
曹操采納了郭嘉建議，決定北征烏桓。
這次出征，曹操給卞夫人商量，讓曹丕、曹彰、曹植都上陣出力。這年，曹丕二十一歲，曹彰十九歲，曹植十六歲。曹操安排，讓曹丕與夏侯淵負責押運糧草，讓曹植隨曹操左右管些文書檔案。曹彰要求上陣殺敵，曹操高興地應下了。
曹丕對這樣的分工，心存疑慮。上一年，15歲的弟弟曹植隨父東征海賊管承到達淳於，建安十二年（207年）一月回師鄴城，深得父親喜歡。曹植在父親身邊做事，容易得到父親信任。曹彰力量大武功好，在陣前殺敵易建奇功，唯獨押運糧草的差使，最易出力不被重視。
建安十二年（公元207年）五月十八，本是黃道吉日。曹操率領大軍一路浩浩****，向東北進發，**起的塵土遮蔽天日。
曹丕騎著自己的橘紅戰馬，腰挎日月雙刃劍，走在運糧隊伍前麵。他神清氣爽，眼見隊伍一路順風抵達無終（今天津市薊縣），猜測部隊不日將兵臨塞口，出濱海道，過碣石，進攻烏桓占領的柳城。曹丕仿佛看到了一場血戰，是那樣的驚心動魄。
曹丕看看隊伍，來的都是驍勇的“騎將”：張遼、徐晃、張郃、張繡、韓浩、史渙、鮮於輔、閻柔、曹純。他們個個都是善騎馬的鬥士。另外還有謀士牽招、郭嘉等人。
曹丕感覺這烏桓也太可惡了！烏桓亦作烏丸，原與鮮卑同為東胡部落之一。
自匈奴擊破東胡後，烏桓役屬於匈奴。後來漢將霍去病擊破匈奴左地，趁機把烏桓遷徙到上穀、漁陽、右北平、遼東、遼西五郡塞外，並在幽州設置護烏桓校尉，監領烏桓，使他們不能與匈奴勾交。王莽新政，烏桓又降於匈奴。東漢初，烏桓常與匈奴聯兵擾亂代郡以東各地。漢末，遼西、遼東、右北平三郡烏桓結合，時稱“三郡烏桓”，其首領為遼西部的蹋頓。三郡烏桓與袁氏關係一直很好，並屢次侵擾邊境，擄掠內地人口財物。
曹丕恨這些不讓人安生的家夥，滿盼著大軍到達無終出塞殺敵。可萬沒想到進軍遼西的濱海道不通。
時值秋季，無終夏秋兩季常是陰雨連綿。曹軍到達無終，大雨連綿，“水淺的不通車馬，深水又載不動舟船”。有一輛糧車的車輪陷進了泥裏，前麵的馬拉，後麵人推，糧車一動不動。
曹操訓斥曹丕：“遇到這事，你就沒法了？”
曹丕焦急地抹一把臉上的雨水。
曹彰騎馬過來。他下了馬，把渾鐵戟插在路旁，道：“我扛住車幫，你們再往前推。”他拔許多草墊到腳下的爛泥裏，雙腳站草上，膀子頂住車幫大喊一聲：“一二三，起！”他的雙腿一點一點往下陷進泥裏，車輪慢慢抬起來地麵。前麵的馬一拉，後麵的人一推，糧車出來了。
士兵們個個讚歎曹彰“好！三將軍好力氣！”
曹操“哈哈”大笑。曹丕滿麵通紅，心裏像吃飯吃出個臭蟲一樣很不是個味，
還有點惡心。
進軍時間不得不一拖再拖，一直到了秋八月。曹操聽從無終人田疇的建議，改從一條久已斷絕，但“尚有微徑可尋”的路線進軍。
田疇道：“自古以來，從薊州到遼西有兩條路：一條是“濱海道”，位於狹長的濱海平原，也叫“遼西走廊”。這條路從薊地出發，經玉田，豐潤，過山海關取錦州。這條路在沒有壞天氣的情況下，塞外遊騎就直插右北平和漁陽的內地郡縣。一旦遇到夏秋季節的大雨，這條路又成了不可行的泥濘路，你們偏偏就遇到這種情況。”
田疇指指西北方向：“另一條路就是‘盧龍塞’。‘盧龍塞’道出盧龍，直達柳城；自建武年間，道路陷壞斷絕很長時間了。我走過那裏，有一條小路可以通過。這條路就叫‘盧龍塞’”。
郭嘉建議拋棄輜重，率領輕裝部隊千裏奔襲。曹操撚撚胡須，微微頷首，命田疇當向導，大軍從無終出發。又命曹丕帶馬隊馱運糧草跟隨。
臨行前，曹操命人在濱海道旁立個牌子，上寫：“方今雨季，道路不通，且等冬日，才進軍。”
曹丕猜測：這牌子表麵是通令全軍的路標，其實是為了麻痹敵人的。
烏桓諜報人員看到後，信以為真，認為曹操大軍離去啦，蹋頓接報後便放鬆了警惕。
大軍在田疇的帶領下，避開濱海道，走上了人跡罕至的盧龍塞。
大軍一路逢山開路，遇水造橋，尤其是塞外“五百裏”絕地，極大地延緩了行程。軍隊糧草成了問題。曹丕馬隊馱的糧吃完了，曹操派曹丕帶五十匹快馬接夏侯淵的送糧大隊。
曹丕帶著五十個輕騎兵，按糧隊規定的行軍路線一路回奔，走了一天，未見糧車蹤影。
頭頂，星星不安地眨眼，北國八月的夜風涼颼颼的。
曹丕望著迷茫的田野，心中不免有些淒涼。他命令大家在樹叢裏解鞍下馬，燎烤生肉，輪喝白酒。熊熊火焰照著曹丕英俊的臉龐，他咬口烤肉：“今晚在樹林內稍事休息，明早繼續尋找糧隊。”
“喏。”
秋露不住從樹枝上滴落，夜風淒淒。馬兒“咯吱咯吱”吃著野草。
“少將軍，有情況。”警戒兵叫醒了曹丕。
曹丕起來聽聽，不遠處傳來刀槍相撞兵馬廝殺的聲響。他叫起來兵士，帶領他們騎馬出了樹林，朝著廝殺的地方走去。曹丕走上高坡，往下看，星光下，能望見圈裏停著一溜車子，車子外麵護衛糧車的人拿著刀槍與外麵的人廝殺。外麵騎馬的人分成三層，一撥一撥向裏麵衝殺。
曹丕道：“我估計是咱們的糧車遇烏桓兵襲擊了。咱們趁著夜色大聲鼓噪著衝上去，解救糧車。”
“喏。”
曹丕一聲令下，五十個騎兵如猛虎下山，高聲喊著“殺呀”衝下坡去。曹丕身先士卒，揮動日月雙刃劍，一陣砍殺。車外麵人馬大亂，他們不知來了多少人馬，敗逃而去。
裏麵的人正是夏侯淵帶的糧隊，大家一看是曹丕領人來接，倍受鼓舞。曹丕要帶隊伍去追。
夏侯淵阻攔，道：“窮寇莫追，護糧要緊。”
糧車馬不停蹄，一路前行。順著原定的行軍路線，一路追趕。到底沒趕上大隊人馬。原本一天多的行程，直到第五天，才在平岡一帶追上了隊伍。
曹操訓斥曹丕，行動緩慢，貽誤戰機。夏侯淵辯解，遭曹操訓斥：“部隊缺糧幾日，殺戰馬充饑……”
這次行軍路況極端惡劣，沿途有長達二百裏的地段幹旱無水。當糧食吃光以後，曹軍將士又不得不先後殺了幾千匹戰馬充饑，才艱難抵達目的地。因為水土不服，氣候惡劣，再加上日夜急行又操勞過度，郭嘉患疾病去世。曹操非常傷心，把氣全灑到曹丕身上。
曹丕暗暗叫苦，正如表叔夏侯淵所說，運輸糧草的確是出力不討好的差使。他抱怨，他帶五十騎解圍父親不重視，他指揮攻打鄴城的英武父親都忘記了……
曹軍一路急行軍到白狼山（今建昌縣城東的大黑山）附近，二袁與蹋頓、遼西單於樓班、右北平單於能臣才倉皇集結“數萬騎”向西迎敵。兩軍在白狼山遭遇。當時曹軍輜重在後，披鎧甲者的人不多。而敵軍軍勢甚盛。
這是場殘酷的遭遇戰，也是場驚人的大決戰。如果曹軍戰敗，勢必全軍覆沒於遼西，因為他們沒有退路。如果烏桓戰敗，那麽他們的柳城勢必定失守。
當時烏桓的優勢是以逸待勞，兵盛馬眾，但他們麵對曹軍的突然到來卻措手不及，而且和其他遊牧民族一樣，他們單兵能力強，但整體作戰弱。
曹操的優勢是出其不意，手下都是勇冠三軍的猛將和百戰餘生的精銳騎兵“虎豹騎”，不過“虎豹騎”經過十幾天的山路和急行軍，士兵體力衰弱。重裝主力步兵在後，麵對多於自己數倍的烏桓軍有些人腿直發抖。
曹丕也有點猶豫，考慮是否帶著糧車先退。
曹操登白狼山觀敵陣，看到烏桓軍陣不整，陣形鬆散“哈哈”大笑。
張遼勸曹操開戰，意氣非常興奮。曹操看看張遼氣吞山河，勇猛無畏的氣概，讚揚他：“狹路相逢，勇者勝，張遼好樣的！”他命令張遼、張郃為前鋒衝陣，親自把所持麾旗遞給張遼。
曹彰揮揮混鐵戟請戰，曹操批準。
張遼拍馬下山，直衝敵陣。張郃、曹彰也拍馬衝下山去。在張遼的帶動下，曹軍的精銳騎兵與烏桓騎兵在白狼山下一場血戰。
曹丕也向父親請戰。曹操道：“你的武功沒法與你弟弟相比，還是管好你的糧車吧。”
曹丕聽了很不舒服，由於糧車來得晚，挨了父親訓斥。從父親的口吻裏，他聽出了父親的不滿，不免十分傷心。
往陣前觀看，隻見張遼、張郃、曹彰、韓浩、史渙，個個英勇作戰；鮮於輔、閻柔、曹純人人奮勇爭先。曹操數千騎兵殺入烏桓軍陣大混戰，槍刀相撞聲，喊殺聲，慘叫聲，凸顯了戰鬥的慘烈。地上的血跡染紅了長滿衰草的茫茫荒原。
烏桓軍隊原本人心惶惶，一看曹軍如此勇猛，其陣行開始崩潰。混戰中，張遼揮戟斬單於蹋頓首於馬下，蹋頓頭滾了兩圈，瞪著的眼還眨了兩眨。
烏桓群龍無首，最後被殺得七零八落，死者像收割後的穀捆個子散滿田野。三郡烏桓的主力騎兵在這場決戰中開始全麵崩潰，《三國誌》記載：胡、烏桓投降的人有二十餘萬。袁尚等人逃奔割據平州的公孫康。
曹丕看得熱血沸騰，勸父親乘勢進擊公孫康，斬殺袁尚、袁熙。他暗想，殺了袁熙，免得日後有人與他爭甄宓。
曹操仰頭“哈哈”大笑，道：“根本不用出兵，我要讓公孫康斬下袁尚、袁熙的頭給我送來。”遂率軍還師。
曹丕嘴裏不敢說，心裏想：“公孫康怎會殺袁尚、袁熙呢？”
不久，公孫康果然斬殺袁尚、袁熙，並將其首級獻與曹操。曹丕納了悶，問父親：“咋會這樣？”諸將也不明原因。
曹操道：“公孫康平時擔心袁尚、袁熙會取代他，我們如果加緊進攻，他們就會團結一心；遲緩進攻，他們就會自相圖謀，事情就是這樣。”
到這時，曹操這才下令進攻攻公孫康，大獲全勝。
北征烏桓得勝回師經過碣石山時，身為主帥的曹操，登上當年秦皇、漢武也曾登過的碣石，正當秋風蕭瑟之際，他飲酒吟詩，心情像滄海一樣難以平靜。他將自己宏偉的抱負、闊大的胸襟融匯到詩歌裏，借著大海的形象表現出來。
他喝口酒，吟道：“
東臨碣石，以觀滄海。
水何澹澹，山島竦峙。
樹木叢生，百草豐茂。
秋風蕭瑟，洪波湧起。
日月之行，若出其中；
星漢燦爛，若出其裏。
幸甚至哉，歌以詠誌。”
當吟到“日月之行，若出其中；星漢燦爛，若出其裏。”時，曹操感情激動到極點，聲音高昂，淚流滿麵。眾人一片肅穆，曹丕也深受感染，心裏泛起一陣激動的潮水，就像眼前波瀾起伏的海潮。
曹植給父親斟上酒，道：“父親，乘此雅興，我獻詩一首。”
曹操“哈哈”大笑：“我植兒做文案事務，井然有序，作詩無人能比。不妨吟來。”
曹植看看大片的戰馬，吟道：“白馬飾金羈，連翩西北馳。借問誰家子，幽並遊俠兒。少小去鄉邑，揚聲沙漠垂。宿昔秉良弓，楛矢何參差。控弦破左的，右發摧月支。仰手接飛猱，俯身散馬蹄……”
曹操問：“寫白馬何意？”
曹植道：“我是借白馬，表達自己像霍去病那樣，英勇殺敵，建立千秋功業的決心的。”
曹操連誇：“好詩！好詩！”
周圍人鼓起了熱烈的掌聲。
曹丕感到自己又一次被冷落了，埋怨父親沒重視他助力夏侯淵表叔殺敵護糧的功勞。
回到鄴城，曹丕認為司徒趙溫是個老臣，德高望重，便寫信派人求他，讓司徒趙溫，向父親表述他運糧之功，指揮攻打鄴城的才能，舉薦自己。曹操收到了趙溫的舉薦信，猶豫不決。接著又收到了荀彧的信，荀彧報告，曹丕求司徒趙溫推薦自己，司徒趙溫不得已而為之。曹操大怒，他痛罵了曹丕，說他求人推薦自己，不知天高地厚到了無恥的地步。曹操認為趙溫舉薦曹丕，並不是因為曹丕真的有才能，就派侍中守光祿勳郗慮持節奉策免去趙溫官職。
曹丕心裏十分悲傷，悲傷中夾雜著羞辱。曹丕對自己的人生是有規劃的，規劃的人生一次次受到挫折，給他帶來的痛苦一次比一次大。他對荀彧一天比一天恨。
甄宓趕忙勸慰，勸他把眼光看遠些，不能患得患失於一時。曹丕感覺甄宓最能體諒人，兩人更是如膠似漆。任芳罵了甄宓好幾次。卞夫人勸曹丕去看望任芳，晚飯後，曹丕去了任芳那。任芳對曹丕又哭又罵。曹丕道：“你啥時學得溫柔了，我才到你這來。”
任芳哭著到卞太後那又哭又鬧，說兒子不懂事都是老人教育得不好，種瓜得瓜，種豆收豆……
曹操正好回來，看到這一幕，氣得“啪”地一拍桌案：“來人，今晚把她打入冷宮，明天把她送回中牟縣，去伺侯生氣棄官回中牟的任公！”
第二天，曹操早早派人把任芳送走了。曹丕追到宮院西大門口，扒開車門簾對任芳說：“回家消消氣再回來。”這時候，曹丕對任芳又有些不舍了，他覺著任芳雖脾氣不好，其實她的心地還是善良的。她生氣其實與自己冷淡她有很大關係。
任芳哭著說：“任死不會再進恁曹家門！”