建安十三年208年），曹操開闢玄武池訓練水軍。
六月，曹操廢三公，恢復丞相制度，自任漢朝丞相。
曹操基本平定北方後，兵鋒轉而南向。
七月，進軍南征荊州牧劉表。
八月，劉表病死，其子劉琮接任。
九月，曹操大軍進至新野，劉琮以為無法抵擋，舉荊州之眾投降曹操。
曹操進軍江陵後，下令荊州官民，“與之更始”。
同時，封降服者十五人為侯，任劉表大將文聘為江夏太守，引用荊州名士韓嵩、鄧義等。
益州牧劉璋也遣使向曹操致敬，並開始接受徵役，派兵充實曹軍。
這時，官渡之戰後投奔劉表的劉備屯駐於樊城，聽說劉琮投降，便率軍向江陵撤退。
江陵為荊州重鎮，存有大量軍用物資。
曹操聽說，怕江陵落入劉備之手，遂親率五千騎兵從襄陽疾馳三百里。
在當陽長坂將劉備追上，大破其軍，隨後進佔江陵。
曹操在擊潰劉備後，乘勢想一舉鯨吞江東。
孫劉兩軍在魯肅和諸葛亮等人的努力下，結成聯盟。
孫權命都督周瑜率軍三萬，與劉備的兩萬人馬組成聯軍，一起抵抗曹操。
曹操自江陵東下，至赤壁與孫、劉聯軍接戰不利，暫駐軍於烏林，周瑜等人在南岸，雙方隔江對峙。
周瑜用詐降之計，命大將黃蓋率小戰船十艘，上裝柴草，灌以膏油，船頭釘上大釘，假稱投降，向北岸而進。
至離曹營二里之處時，各船一齊點火，然後藉助風勢，直向曹軍衝去。
曹軍大敗，舟船被燒，曹操率軍從華容道陸路撤回江陵，撤軍北還。
建安十四年209年），周瑜攻取南郡，孫權借南郡予劉備，孫劉聯盟進一步得到鞏固。
為防範孫權，曹操強制內遷淮南的民眾，引發江淮十餘萬戶百姓驚慌，使其盡皆渡江歸附孫權。
同時，為穩定內部，曹操下令“死者家無基業不能自存者，縣官勿絕廩，長吏存恤撫循”。
同年，親臨合肥，設定了揚州郡縣的長吏，修治芍陂屯田，年底回到譙。
赤壁之戰後，天下三分的局勢已經奠定。
自此以後，曹操雖時有徵伐，但主要精力用在經營曹氏勢力之上。
建安十五年210年）春，曹操下《求賢令》，提出不拘品行、唯才是舉的用人方針，目的是儘量把人才收羅到自己身邊。
同年冬，修建銅雀臺。
建安十六年211年）正月，曹操的三個兒子被封為縣侯，世子曹丕成為五官中郎將，設定官屬，為丞相副。
太原人商曜以大陵起兵，曹操遣夏侯淵、徐晃將其擊破。
三月，曹操遣司隸校尉鍾繇討伐漢中張魯，並令夏侯淵等出兵河東，與鍾繇會合。
西征漢中要經過關中，關中諸侯馬超、韓遂、楊秋等十部心生疑懼，一時俱反。
曹操立即派大將曹仁討伐他們，馬超等人屯據潼關。
曹操對諸將說：“關西兵勇敢強悍，你們堅守不得與他們交戰。”
七月，曹操率大軍親征關中。
八月，曹操到達戰場，與馬超的軍隊隔著潼關對峙。
曹操拖住馬超的部隊，暗中派徐晃、朱靈等將乘天黑渡過蒲阪津，佔領河西，安營紮寨。
閏八月，曹操在潼關北面強渡黃河，渡了一半，馬超趕來，猛攻曹軍船隻。