5月，曹操下令毁去土山、地道，改用凿堑围城之法。堑壕周长40里，一开始挖得很浅，人可以直接跨脚过去。审配在城头远远望见而笑，也不以为意。谁知在一夜之间，曹操竟下令军士们连夜赶工，将堑壕挖至两丈之深，然后引漳水以灌邺城。审配这下悔不当初，只能困守孤城。城中饿死者过半。
7月，袁尚率兵万余，回救鄴城。先命主簿李孚入城去通知审配。李孚在曹军的重重包围下成功入城，与审配相见。城中守军悲喜交加，鼓噪大呼万岁。曹操知道后道“李孚的任务不仅是要入城，还要出城去向袁尚报告城中的情况。我们就等他出城时抓他”李孚也不敢冒险，于是他想了个办法：让审配将城中数千老弱集中起来。晚上，让他们每人手持白幡，分别从邺城南面三个城门而出，去向曹军投降。李孚也扮作降人，混在其中，突围而去。
诸将皆以为邺城是袁尚军的老家，此次回援，必将死战，不如避之。曹操却不以为然“袁尚若从大路而来，我当避之。若循西山小路而来，说明其心已怯，正可一战成擒”而袁尚此次回军，果然是循西山而进，来到邺城已东17里的阳平亭，在滏水边扎下营寨。
一天晚上，城内外同时举火相应。审配从城北杀出，与袁尚一起夹攻曹军。结果反被曹操击败，审配逃回城中、袁尚逃到曲漳边扎营。在曹军未形成合围前，袁尚已派原豫州刺史阴夔、陈琳二人来见曹操乞降。被曹操拒绝，袁尚连夜逃往祁山，曹军紧追不舍。袁尚的部将马延、张顗投降曹操。袁军大溃，袁尚逃奔中山国。袁军辎重及袁尚本人的印绶、节钺、衣物，皆被曹操所得。曹操下令将这些东西取示城中。顿时守军士气大沮。审配急忙下令道“曹军已疲，我们坚守死战，必能退敌。且幽州袁熙二公子也必会来相助，何忧无主”后来有一次曹操曾至邺城下行围，审配还安排伏弩，准备狙杀曹操，最终没能成功。
8月2日晚，审配之侄、东门校尉审荣打开邺城城门，迎曹军入城。审配在巷战中被擒。被俘前下令杀尽囚于狱中的辛评家属。身在曹军中的辛毘赶往解救，已不及。所以看到审配被绑进来，辛毘气得以马鞭击其头而骂。审配道“皆是汝辈，引外人破我冀州，恨不能将你也一起杀了”
审配被押着来见曹操。曹操问“当日孤行围之时，城上弩箭为何如此之多啊”审配却回答了四个字“犹恨其少”曹操道“卿乃忠臣，何不降我”但审配意气壮烈，终于桡辞，只一心求死。加上一心为家人报仇的辛毘在旁号哭不已，曹操最终决定成全审配。袁军中有一降者张子谦，素来与审配不和。他笑对审配道“如今你与我相比如何”结果被审配厉声斥道“你是降虏、我是忠臣。你怎配与我相比”临行刑前，曹操满足了忠臣审配的最后一个要求“我君袁尚在北，不可令我向南而死”
8月，曹操进入邺城，首先去祭祀袁绍之墓，哭涕甚哀。在袁绍墓前，曹操回忆起当年二人一同起兵反董时的一段对话。袁绍问曹操“若事不成，则方面何所可据”曹操反问“足下以为何如”袁绍说“吾南据河，北阻燕代。兼戎狄之众，南向以争天下”曹操则说“吾任天下之智力，以道御之，无所不可”
对袁氏一门女眷，曹操极加慰劳，并还其宝物，赐杂缯絮，禀食之。同时，曹操与卞夫人所生的长子曹丕今年已18岁，由曹操做主，迎娶袁熙之妻、23岁的甄氏为妻（袁熙死于三年之后的207年9月，实在不知该如何评价甄氏这种“重婚”？曹操真是不尊礼教之人！另外，野史更大肆渲染这位甄氏与曹丕、曹植兄弟之间的三角恋情。甚至有传言：未来的魏明帝曹叡是曹植之子。但笔者查了一下各人的年龄，觉得实在不太可能：曹叡在次年205年就出生了，说明曹丕和甄氏是在邺城落城后不久就结婚了。此时的曹植才13岁，应不会对这位比自己大10岁的嫂嫂产生什么感情吧？要生个儿子就更不可能了）
9月，曹操下令免去河北百姓今年的租赋，并严申抑制豪强兼并之法，以收民心。汉献帝刘协下诏封曹操为冀州牧。曹操让还之前担任的兗州牧。
牵招曾奉袁尚之命往上党郡督运军粮，可没等他回来，袁尚就已败逃中山国。牵招就去劝说并州刺史高幹迎接袁尚，二人并力拒敌，但高幹不听。牵招无奈，只能投奔曹操，被任命为冀州从事。
许攸恃功骄嫚，有一次曾当众叫曹操的小字，还当众宣称“若非有我，尔等不得冀州也”最终激怒许褚，被杀。
曹操辟冀州名士崔琰为别驾，对崔琰道“昨天我查了冀州的户籍，发现光甲兵就有三十万。的确不愧为大州啊”崔琰正色道“如今天下分崩，袁氏兄弟日夜操戈，致使冀州百姓暴骨荒野。本以为您率王师会来解救他们。存问风俗，救民涂炭，可你现在最关心的竟是甲兵数量，这未免他让冀州百姓失望”曹操立即改容称谢，尊为上宾。
10月，高幹以并州投降曹操，仍被曹操任命为并州刺史。
趁曹操攻打鄴城之机，袁谭反叛曹操，攻取甘陵、安平、勃海、河间等郡国。并攻打中山国的袁尚。袁尚败走涿郡故安县，去投奔二哥袁熙。袁尚余部被袁谭收编，还屯平原郡的龙凑。10月，曹操给袁谭写信，指责他负约，并将袁谭之女送还，取消婚约。随后出兵征讨袁谭。12月，袁谭败走渤海郡南