曹操攻陷邺城之后，袁谭背叛曹操，于是曹操转而讨伐袁谭，并且将其消灭，夺得了青州，而后并州刺史高干也向曹操投降，北方已经逐步的都被曹操收入囊中。
【高干投降，袁谭反叛】
曹操攻陷邺城之后，并州刺史高干看到大势已去，便以并州投降归顺朝廷，曹操接纳他的投降并且还让他担任刺史。
另一方面袁谭依从郭图之策假意投靠曹操，实际上却是借助曹操之手消灭袁尚，于是袁谭趁着曹操攻打邺城之际，背叛了曹操。攻取甘陵、安平、勃海、河间。袁谭又进攻据守中山的袁尚，袁尚抵挡不住，败走故安，投奔幽州刺史袁熙。袁谭将袁尚的残部全部收编，回军驻扎龙凑。
曹操看到袁谭背叛。遂写信给袁谭，责备他违背誓约，与他断绝婚姻关系，把袁谭女儿送回后，出军讨伐袁谭。十二月，曹军到达其门下，袁谭自平原撤出，退守南皮，在清河沿岸布防。曹操进入平原，占领诸县。
【乌桓之争】
曹操因牵招曾经受袁绍委任管理乌桓骑兵，因此派他去柳城，安抚乌桓部落。正赶上乌桓峭王动员五千名骑兵，准备去援助袁谭。另外，公孙康也派使者韩忠给峭王送来单于印绶。峭王召集各部落酋长会商，韩忠也在座。
峭王问牵招说：“从前，袁绍说奉天子之使，委任我为单于；如今，曹操又说要再上表奏请天子，委任我为真单于；而辽东又派人送来单于的印绶。这样，谁应当是真的？”
牵招回答说：“从前，袁绍代表天子发号施令，有权封授官爵；后来他违背天子旨意，曹操取代了他，说要奏明天子，重新封你为真单于。辽东不过是一个偏远的小郡，能擅自封授官爵！”
韩忠说：“我辽东在沧海之东，拥有雄兵百万，夫馀国以及貊部都听命于我。当今的形势，是强者为首，曹操怎么能唯我独尊！”牵招大声呵斥韩忠说：“曹公以诚信待人，恭谨明智，辅佐天子，讨伐叛逆，安抚顺服，平定全国的混乱。你们辽东上下都顽劣奸诈，嚣张跋扈。如今倚仗地形险要而又远离中原，就背叛朝廷，竟敢擅自封授官爵，侮弄天子，应当处以极刑，怎么敢侮辱诋毁曹公这样的朝中大臣！”
牵招上前揪住韩忠的头发，把他的头往地上叩按，抽出佩刀，打算杀死韩忠。峭王又惊又怕，光着脚奔过去，抱住牵招，请牵招饶了韩忠。左右之人，都大惊失色。牵招这才回到座位，为峭王等人分析成败祸福的原因与后果，峭王等酋长们都离开座位，向牵招跪拜，恭敬地接受朝廷命令。峭王等于是把辽东的使臣打发回去，解散了已集结准备援助袁谭的骑兵。
袁谭失去了乌桓的支援，等于自断一臂，更加不是曹操的对手了。后曹操消灭了袁谭，拜牵招为军谋掾，
【消灭袁谭】
建安十年（206）春季正月，曹操进攻南皮，袁谭率军出战，一开始袁谭抵抗非常强烈，曹军伤亡惨重。曹操准备稍微减缓攻势，这时曹操麾下精锐虎豹骑的首领，议郎参司空军事曹纯就说：“今日我方千里奔袭以趋敌，如果不能彻底消灭敌人而就匆匆退兵的话，必然会折损军威；况且我们已经孤军深入，难以持久作战。现在敌人因为暂时的胜利而开始骄傲大意，我军则因进攻受挫而变得谨慎小心，以谨慎小心的我军对阵骄傲大意的敌人，我们一定可以获得胜利。”
曹操听从了曹纯的意见，于是督师加紧进攻，亲自擂动战鼓，在曹军强大的攻势下，遂攻陷南皮。
袁谭从城中出逃，披头散发，死命打马逃跑，追赶他的人是曹纯麾下的虎豹骑，料想袁谭不是一般人，遂加紧追赶。袁谭从马上掉了下来，回过头来说：“喂，小的放我过来，我能够使你富贵。”话没说完，头已落地。
袁谭就此殒命。
曹操讨伐袁谭时，其部下王脩正在乐安运送粮食，听说袁谭危急，率领他带去的士兵和属下的从事一共几十人，向袁谭那里赶赴。到了高密县时，听到袁谭已死的消息，王脩下马放声大哭，说：“没有您，我回到哪里去啊？”
于是去了曹操那里，请求让他收葬袁谭的尸体。曹操想要观察王脩的诚意，沉默着一声不吭。王脩又说：“我曾受过袁氏的厚恩，如果让我得以收殓袁谭尸体，然后让我就死，我也不会后悔。”曹操称赞他的义气，听从了他。曹操让王脩担任督军粮，返回乐安。
袁谭被击破后，全州各个城池都服从了曹操，惟独管统据守乐安，不愿服从。曹操命令王脩去取管统首级，王脩因为管统是亡国的忠臣，于是解开他的捆绑，让他去见曹操。曹操高兴并且赦免了他。
袁氏政令宽纵，在职的有权势的人大多都积聚财物。曹操攻破邺城，查抄没收审配等人的家财数以万计。待到攻破南皮县，察看王脩家，粮谷不满十斛，仅有书籍几百卷。曹操感叹着说：“王脩作为士人真是名符其实。”于是礼聘王脩为司空掾，代理司金中郎将，后迁为魏郡太守。
袁谭作为袁绍的长子，是有一定才能的，在收复青州的时候功绩也很大，但袁谭能力还是不如袁绍的，面对曹操的大军不仅不能和兄弟齐心，反而听信郭图等人的话作为敌人的内应，方便曹操入侵北方。
袁谭和自己弟弟袁尚的内斗无疑为曹操的进攻大开方便之门，两兄弟也是逐一被曹操打败，至于郭图为袁谭规划的