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。
在田畴的引导下，曹操大军登徐无山，出卢龙塞，山路行进五百余里，经过白檀、平冈，又穿过鲜卑部落的王庭，向东直指柳城直指乌桓老巢柳城。
曹军进至离柳城不足二百里时，乌桓才发现，于是蹋顿与袁尚、袁熙等人率数万骑兵迎击。二军相遇，当时乌桓军军势甚盛，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，军队士气不高，唯独张辽力劝曹操迎战。
曹操登高瞭望，见乌桓军虽多，但阵势尚未摆好，遂命令将自己的持麾授予张辽暂用。张辽指挥先锋部队，影雨率暗门步兵协助，乘乌桓军阵稍动之机，向乌桓军发动猛攻。乌桓军大败，死者被弃于荒野。乌桓单于蹋顿也被影雨临阵斩杀，各部落王爷及以下的乌桓首领也被暗门部队斩杀，曹军在白狼山之战中，大获全胜，胡、汉降者二十余万。
辽东单于速仆丸与袁尚、袁熙投奔辽东郡太守公孙康，跟随他们的还有数千名骑兵，这时，有人劝曹操乘势进击公孙康，王梓枫力排众议，对曹操说：“等吧，公孙康一定会把袁尚和袁熙的人头送过来的，不用出兵。”
曹操百分百相信王梓枫，于是率军还师，王梓枫派水阎王溪诺走了一趟，公孙康果然想要杀死袁尚、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，他们还没来得及入座，公孙康叫出伏兵，把他们捉住。于是斩杀袁尚、袁熙，连同速仆丸的人头一起送给曹操。诸将包括曹操不明所以，王梓枫对曹操说：“公孙康本来就有所畏惧袁尚等人，如果咱们逼的太紧，他们一定会联合起来，但是咱们放缓进攻的情况下，我又派水阎王走了一趟，见了公孙康，表达了暗门的想法，他们一定会互相图谋，所以这个结果，并不意外，时势而已。”
曹操把袁尚的头颅悬挂起来示众，号令三军：“有敢于哭泣的，处斩！”牵招却独自设祭，放声悲哭，曹操认为他是忠于故主的义士，推荐他为茂才。
于是，曹操攻破三郡乌桓，也彻底肃清了袁氏势力。
代郡乌丸行单于普富卢、上郡乌丸行单于那楼将其名王来贺。同年郭嘉因水土不服、气候恶劣、日夜急行操劳过度，在曹操北归前病逝。归程途中，粮食水源皆不足，王梓枫当机立断，杀掉数千匹军马充做军粮，又命曹军挖地三十余丈才见水源，这才成功班师回朝，曹操论功行赏，军中皆有所赏赐。
曹操进军之前，从淳于返回邺城。曹操上奏献帝并得到批准，封大功臣二十余人，都为列侯。又上表称赞万岁亭侯荀彧的功劳，为表彰荀彧，在他原来侯国封户的基础上，又增加一千户。还准备任命荀彧为三公，荀彧派荀攸恳切地表达自己的辞让之意，先后达到十余次，曹操才同意。
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