建安十三年（208年），曹操开辟玄武池训练水军。
六月，曹操废三公，恢复丞相制度，自任汉朝丞相。
曹操基本平定北方后，兵锋转而南向。
七月，进军南征荆州牧刘表。
八月，刘表病死，其子刘琮接任。
九月，曹操大军进至新野，刘琮以为无法抵挡，举荆州之众投降曹操。
曹操进军江陵后，下令荆州官民，“与之更始”。
同时，封降服者十五人为侯，任刘表大将文聘为江夏太守，引用荆州名士韩嵩、邓义等。
益州牧刘璋也遣使向曹操致敬，并开始接受征役，派兵充实曹军。
这时，官渡之战后投奔刘表的刘备屯驻于樊城，听说刘琮投降，便率军向江陵撤退。
江陵为荆州重镇，存有大量军用物资。
曹操听说，怕江陵落入刘备之手，遂亲率五千骑兵从襄阳疾驰三百里。
在当阳长坂将刘备追上，大破其军，随后进占江陵。
曹操在击溃刘备后，乘势想一举鲸吞江东。
孙刘两军在鲁肃和诸葛亮等人的努力下，结成联盟。
孙权命都督周瑜率军三万，与刘备的两万人马组成联军，一起抵抗曹操。
曹操自江陵东下，至赤壁与孙、刘联军接战不利，暂驻军于乌林，周瑜等人在南岸，双方隔江对峙。
周瑜用诈降之计，命大将黄盖率小战船十艘，上装柴草，灌以膏油，船头钉上大钉，假称投降，向北岸而进。
至离曹营二里之处时，各船一齐点火，然后借助风势，直向曹军冲去。
曹军大败，舟船被烧，曹操率军从华容道陆路撤回江陵，撤军北还。
建安十四年（209年），周瑜攻取南郡，孙权借南郡予刘备，孙刘联盟进一步得到巩固。
为防范孙权，曹操强制内迁淮南的民众，引发江淮十余万户百姓惊慌，使其尽皆渡江归附孙权。
同时，为稳定内部，曹操下令“死者家无基业不能自存者，县官勿绝廪，长吏存恤抚循”。
同年，亲临合肥，设置了扬州郡县的长吏，修治芍陂屯田，年底回到谯。
赤壁之战后，天下三分的局势已经奠定。
自此以后，曹操虽时有征伐，但主要精力用在经营曹氏势力之上。
建安十五年（210年）春，曹操下《求贤令》，提出不拘品行、唯才是举的用人方针，目的是尽量把人才收罗到自己身边。
同年冬，修建铜雀台。
建安十六年（211年）正月，曹操的三个儿子被封为县侯，世子曹丕成为五官中郎将，设置官属，为丞相副。
太原人商曜以大陵起兵，曹操遣夏侯渊、徐晃将其击破。
三月，曹操遣司隶校尉钟繇讨伐汉中张鲁，并令夏侯渊等出兵河东，与钟繇会合。
西征汉中要经过关中，关中诸侯马超、韩遂、杨秋等十部心生疑惧，一时俱反。
曹操立即派大将曹仁讨伐他们，马超等人屯据潼关。
曹操对诸将说：“关西兵勇敢强悍，你们坚守不得与他们交战。”
七月，曹操率大军亲征关中。
八月，曹操到达战场，与马超的军队隔着潼关对峙。
曹操拖住马超的部队，暗中派徐晃、朱灵等将乘天黑渡过蒲阪津，占领河西，安营扎寨。
闰八月，曹操在潼关北面强渡黄河，渡了一半，马超赶来，猛攻曹军船只。
校尉丁斐见情况危急，放出大批牛马引诱贼兵，敌军争抢牛马，队形大乱，曹操才得以渡过黄河，沿河边向南修筑通道。
敌军败退，占据渭口抵抗，曹操多设疑兵，暗中用船将部队送入渭水，架设浮桥，乘夜分兵在渭水南岸扎营。
敌军于夜间偷袭曹营，曹操派伏兵将他们击败。
马超等人驻守渭南，派人送信，以割让黄河以西为条件求和，曹操不许。
九月，进军渡渭水，马超等人多次挑战，曹操并不应战。
马超等人再三请求割地，并让自己的儿子做人质求和，曹操听从贾诩之计，假意答应。
韩遂请求与曹操会面，曹操与韩遂的父亲同一年被举为孝廉，又与韩遂是平辈。
因此，两人马靠马在阵前谈了很长时间，不谈军事，只叙朋友旧事。
说到高兴处，二人拍手大笑。
会见结束后，马超问韩遂：“曹公说了些什么？”
韩遂回答：“没说什么。”
于是，马超等人对他产生了猜疑。
后来曹操又和韩遂等人阵前见面，众将劝道：“您和敌人见面交谈，不可大意，可设木行马防备敌军。”
曹操照办。
两军见面，敌将都在马上向曹操行礼，秦、胡士兵都来看曹操，前后数层。
曹操大笑着对他们说：“你们想看曹公吗？他也是个人，没有四只眼睛、两张嘴，只是多了点智慧而已！”
胡人前前后后挤上来看。
曹操又列五千铁骑为十重阵，铠甲精光耀日，敌军更加震恐。
过了几天，曹操又给韩遂写了封信，上面故意涂改许多地方，假装成是韩遂改的，马超等人因此对韩遂越来越怀疑。
于是，曹操与他们约定日期会战，先用轻兵挑战敌军，打了很长时间后，曹操派出精锐骑兵夹攻，大败关中联军。
韩遂、马超败走凉州，杨秋则逃回安定，曹军阵斩成宜和李堪等叛将，关中自此平定。
战后，诸将问曹操：“当初，贼军守卫潼关，渭水以北没有防守之兵，我们不从河东出去攻打冯翊，反而在潼关与敌兵对峙，拖延许久才北渡黄河，这是为何？”
曹操说：“贼兵占据潼关，如果我军进入河东，贼兵必将带兵守住各渡口，则我军不能渡到河西；因此我以重兵逼近潼关，贼兵全力来守南边，西河的防备空虚，因此徐晃、朱灵二将才能轻易攻取西河。然后我带大军北渡，贼兵不敢与我们争夺西河，是因为有二将的军队。连起战车，树起栅栏，做通道向南前进，既是创造了敌军不能取胜的条件，同时又向敌人示弱。渡过渭水后深沟固垒，敌军挑战不应，是为了使敌军骄傲自大；所以敌军不造营垒只求割地讲和。我顺着他们的意思答应下来，之所以依着他们的意图，是为了使他们安心而毫无防备，然后蓄精养锐，一旦出击，就有迅雷不及掩耳之势。用兵之道，本来不能墨守成规，只求一种方法。”
当初，敌军每到一支部队，曹操就面露喜色，战后众将问他高兴的原因。
曹操回答：“关中地域辽阔，如果贼军各自依险阻抵抗，征伐他们，没有一二年的时间不能平定。如今都聚集于此，虽然人数众多，但都彼此不和，没有统一的主帅。这样，消灭敌人容易成功，我所以高兴。”
十月，曹操进军包围安定，杨秋投降。
曹操恢复他的爵位，让他留在这里安抚民人。
曹操撤回后，命夏侯渊督众将继续西征。
夏侯渊在两年内，逐马超、破韩遂、灭宋建、横扫羌、氐，虎步关右，使凉州地区基本平定。
建安十七年（212年）正月，曹操回到邺城。
汉献帝准许曹操“参拜不名、剑履上殿”，如汉丞相萧何故事。
建安十七年（212年）十月，曹操起兵南征孙权，号称步骑四十万。
次年（213年）正月，曹军进至濡须口，攻破孙权设在江北的营寨，生擒其将公孙阳。
孙权亲率军七万，前至濡须口抵御曹军。
两军相持月余，曹操的水军作战失利。
由于春雨瓢泼、江水上涨，曹操见难以取胜，遂撤军北还。
三月，复《禹贡》九州，天下十四州并为九州，此时的冀州拥有三十多个郡。
五月，汉献帝册封曹操为魏公，加九锡、建魏国，定国都于邺城。
魏国拥有冀州十郡之地，置丞相、太尉、大将军等百官。
七月，曹操建魏国社稷宗庙，又在魏国内设置尚书、侍中。
建安二十一年（216年）四月，汉献帝册封曹操为魏王，邑三万户，位在诸侯王上。
此时，曹操名义虽非天子，但实际已经有天子之实。
建安二十二年（217年）十月，汉献帝又赐予曹操王冕十有二旒，乘金根车，驾六马，设五时副车，曹操以五官中郎将曹丕为魏王太子。
建安二十年（215年）三月，曹操见刘备已取得益州，而汉中是益州门户。
“若无汉中，则无蜀矣”，刘备必然要攻取汉中。
于是，曹操抢先一步，率十万大军亲征汉中张鲁。
四月，曹操自陈仓出散关，到河池，氐王窦茂恃险不服。
五月，曹操击破窦茂，西平、金城诸将斩下韩遂的首级，将其献给曹操。
七月，曹操大军进至阳平关。
张鲁的弟弟张卫与将领杨昂据守阳平关，横山筑城十余里。
曹操不能攻克，引军撤还。
张卫的军队守备松懈，结果高祚军在夜间迷路闯入敌营，敌军退散。
曹操也趁机攻击张卫，张卫连夜逃走。
张鲁听说阳平关失守，奔往巴中。
曹操进军南郑，尽得张鲁府库珍宝。
九月，巴七姓夷王朴胡、賨邑侯杜濩举巴夷、賨民来附。
曹操以两人为太守、封列侯。
十月，曹操设置名号侯至五大夫，与旧列侯、关内侯凡六等，以赏军功。
十一月，张鲁出降曹操，汉中遂为曹操所有。
十二月，曹操回军，留夏侯渊屯汉中。
建安二十二年（217年）春，曹操再次南征，率军攻破居巢，猛攻濡须口，击败孙权。
孙权派都尉徐详求降，曹操同意，并允诺重新结为姻亲。
曹操主力退出汉中后，刘备向汉中发动进攻。
建安二十三年（218年），刘备亲率大军进至阳平关，夏侯渊等人与刘备夹关对峙，曹军多次击退刘备军猛烈攻势。
四月，乌桓的无臣氐与鲜卑的轲比能联合侵扰边塞，曹操命曹彰、田豫北征，大破乌桓鲜卑联军。
七月，曹操亲率大军西征刘备。
九月，曹操坐镇长安，以便随时指挥汉中战局。
十月，宛城守将侯音起兵反曹，劫掠吏民，保守宛城，曹操令曹仁围攻宛城。
建安二十四年（219年）正月，曹仁斩杀侯音。
刘备自阳平关南渡汉水，依山而进，驻军于定军山。
夏侯渊出兵与刘备争夺地势，被黄忠斩杀，曹军战败。
之后，曹操亲率大军来夺汉中，但是刘备坚壁不出。
曹军与刘备军相距数月，无利，遂放弃汉中。