曹操北伐乌恒虽然面临了诸多的曲折和困难，但在郭嘉、田畴等人帮助和三军用命的情况之下，还是取得了最终的胜利。
曹操的大军进发到易县时，郭嘉觉得推进的速度还是太慢，于是提议道：“兵贵神速，如今远涉千里进行奇袭，辎重太多，难以掌握先机。而且假如乌桓人得到消息，必然加强戒备；不如留下辎重，军队轻装以加倍的速度急进，出其不意地进攻。”
当时正赶上夏季，大雨不止，沿海一带泥泞难行，而且乌桓人还在交通要道派兵把守，曹军受阻无法前进。
曹操对此十分忧虑，向田畴询问对策。田畴说：“这条道路每逢夏秋两季常常积水，浅的不能通车马，深的不能载舟船，是长期不能解决的难题。原来右北平郡府设在平冈，道路通过卢龙塞，到达柳城。自从光武帝建武以来，道路陷坏，无人行走，已将近二百年，但仍留有道路的残迹可循。现在乌桓人以为无终是我们大军的必经之路，大军不能前进，只好撤退，因此他们放松以了戒备。如果我们默默地回军，却从卢龙塞口越过白檀险阻，进到他们没有设防的区域，路近而行动方便，攻其不备，可以不战而捉住蹋顿。”
曹操说：“很好！”于是率军从无终撤退，在水边的路旁留下一块大木牌，上面写着：“现在夏季暑热，道路不通，且等到秋冬，再出兵讨伐。”乌桓人的侦察骑兵看到后，当真以为曹军已经离去。
在麻痹成功乌恒人之后，曹操命令田畴率领他的部众作向导，上徐无山，凿山填谷，行进五百余里，经过白檀、平冈，穿过了鲜卑部落的王庭，向东直指柳城。距离二百余里时，乌桓人才发现曹操来袭。袁尚、袁熙与蹋顿以及辽西单于楼班、右北平单于能臣抵之等率领数万名骑兵迎击曹军。
于是双方在白狼山展开决战，当时曹操率军突然与乌桓军相遇，而乌桓军军力强盛。曹军车辆辎重都在后边，身披铠甲的将士很少，曹操左右的人都感到畏惧。
曹操登高，看到乌桓军队不整，张辽也是壮气奋发，力劝曹操接战，于是曹操就纵兵攻击，派张辽为先锋，以曹纯率领虎豹骑跟随张辽冲击乌桓军阵，乌桓军队大乱，骑兵无法抵挡，被击溃后逃窜。蹋顿单于及其他首领被虎豹骑抓获斩杀。曹军趁势追亡逐北，迫使敌军二十万众投降。
在被曹操打败后东单于速仆丸与袁尚、袁熙就投奔了辽东郡太守公孙康，跟随他们的还有数千名骑兵。当时有人劝曹操乘势追击，曹操说：“我将使公孙康送来袁尚、袁熙的人头，不必再劳师动众。”九月，曹操遂率大军从柳城班师。
而逃到辽东后，袁尚同袁熙商量说：“现在到辽东，公孙康必然见我，我一个人为兄长亲手杀了他，并且占领辽东，还可以用来扩大自己。”
结果公孙康也想要杀死袁尚、袁熙，作为对朝廷立下的功劳，于是先埋伏精兵在马厩中，然后请袁尚、袁熙进来。袁熙心中起疑，不想进去，袁尚强迫他进去，袁熙就同他一道进去。他们还没来得及入座，公孙康叫出伏兵，把他们捉住。让二人坐在结冰的地上。袁尚对公孙康说：“没死的时候，忍受不了寒冷，能给我们坐席吗？”公孙康说：“你的头颅马上就要走万里路，要席子干什么用！”（注1）
于是斩杀袁尚、袁熙，连同速仆丸的人头一起送给曹操。当时将领中就有人问曹操了：“您已退军而公孙康杀死袁尚、袁熙，这是为什么？”曹操说：“公孙康一向畏惧袁尚、袁熙，我如果急攻，他们就会合力抵抗；缓和时，他们就会自相残杀；是形势使他们这样做的。”
经过在荀攸和郭嘉先后的提议，曹操同学看起来已得其中三味。而在打败乌恒，公孙康送来袁尚头颅之后，曹操已经扫清了北方潜在的威胁，此时曹操可以无忧的准备南下了。
乌恒之役曹操虽然赢了，但实际上损失也很大，麾下重将张绣和重要谋士郭嘉都在北伐的途中去世。据《三国志》记载张绣跟随曹操去柳城征讨乌桓，还没有到达就死了（《魏略》关于张绣之死有其他的记载），被谥为定侯，儿子张泉继嗣。
而在从柳城回来的途中，因为水土不服，气候恶劣，再加上日夜急行又操劳过度，郭嘉也因为患疾病去世。
曹操得到袁尚的头颅后，把其悬挂起来示众，号并且令三军：“有敢于哭泣的，处斩！”但这却挡不住那些感恩之人，牵招独自设祭，放声悲哭，曹操认为他是忠于故主的义士，推荐他为茂才。田畴因为曾被袁尚所征召，就前往吊唁祭奠。曹操也不追究，反而对其大为欣赏。
得胜归来后，曹操论功行赏，封田畴为亭侯，封地有五百户。田畴说：“我当初是为刘虞报仇，率众逃亡，我的志愿没有达到，反而以此获利，这不是我的本意。”坚决辞让，不肯接受封爵。曹操知道田畴是出于真心，同意他的辞让，没有勉强他接受。
在曹操北伐之时，有段时间天气寒冷，又遇上大旱，二百里没有水，军队缺乏粮食，只好杀死几千匹战马作为军粮，挖地三十余丈才见到水。大军返回后，曹操调查以前劝阻他出兵征讨乌桓的人，众人不知道是因为什么，都心怀畏惧。
结果曹操却对劝阻者都加以厚赏，对他们说：“我先前出兵，实在危险，虽然侥幸获胜，全是靠上天保佑，不能作为常规。你们的意见，才是万全之计，所以加以赏赐，以后不要害怕提相反的意见。”
田畴、程昱不听其他的诸侯的召唤，独愿意投靠曹操，这不是没有理由的。
注1：《典略》记载是袁熙说的，而《后汉书》记载是公孙康说的。
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