現在，曹操思考著下一步的行動。
南皮之戰結束後，袁熙和袁尚倉皇出逃，袁紹當年為了籠絡蹋頓，曾經學了回西漢的皇帝，在袁氏家族裡找了個長得漂亮的姑娘收為義女，把她嫁給了蹋頓。袁熙和袁尚不大清楚蹋頓還認不認這門親，但目前已走投無路，只好硬著頭皮試試了。
沒想到蹋頓對袁家很有感情，把袁熙和袁尚還當自家兄弟看，眼見他們落難，立即慷慨地伸出援手，把他們接到自己的地盤上。烏桓是遊牧民族，走到哪兒搶到哪兒，沒有穩定的根據地，他們目前活躍於幽州刺史部以北的廣大草原地區。
袁熙和袁尚並非空著手去投蹋頓的，他們走的時候裹脅了10萬多戶幽州、冀州的軍民，強迫他們遷往烏桓控制區。這是一份厚禮，也是他們今後在烏桓人那裡說話的本錢。這些年來蹋頓每次南下侵掠內地，都要劫持內地的軍民到草原上來，前後累計也有10萬多戶。
有了這20多萬戶內地軍民，烏桓人的勢力大增，加上袁氏兄弟在幽州一帶仍然有一定影響力，烏桓族的蹋頓部落有慢慢坐大的勢頭。
曹操的眼睛也始終緊盯著袁氏兄弟，因為他深知袁氏在北方經營多年，與少數部族首領有很深的交往，說他們隨時會捲土重來，一點都不是杞人憂天。
袁熙和袁尚的年齡不詳，曹操比他們的父親袁紹小了大約10歲，這個年齡差距可以視為同代人，也可以視為兩代人，曹操主動與袁譚結為兒女親家，可見在他的心目中袁紹更傾向於是上一代人，而把袁熙和袁尚視為同代人。他們現在都處在最為成熟、精力也最充沛的時期，必然不甘心一輩子待在草原上當個牧馬人。
但並非所有人都看到了這一點，當袁氏兄弟逃到烏桓人那裡時，曹操身邊的大多數人都鬆了口氣，認為北方的戰事可以告一段落了。持這種觀點的人不在少數，包括曹操身邊的一些武將和謀士在內，都認為袁熙和袁尚不可能再掀起什麼大浪來。
可是，曹操本人並不這樣看，曹操覺得北面還有仗要打，並且是大仗、惡仗，對此他絲毫沒有掉以輕心。建安十二年（207）2月，曹操返回鄴縣，立即把北征計劃提了出來，讓部下們討論。
大多數人對此時大舉北征持反對意見。哪些人反對史書並未詳細記載，只是說很多人都這麼認為，看來人數不少，並且以武將為主。持這種觀點的人認為，袁尚只是個亡虜而已，烏桓人貪而不親，袁尚在那裡不會得到什麼發展，如果現在遠征，劉表必然趁機襲擊許縣，要真是那樣的話，後悔都來不及了。
大家提出與其北征不如南征，趁著兵強馬壯，揮師直驅荊州，征服劉表，而北方二袁及蹋頓、公孫度之流要麼主動投降，要麼自生自滅，根本不用理它。只有郭嘉、史渙等少數人持不同意見，他們贊成此時北征，其中郭嘉的態度最堅決，他認為劉表不過是一個喜歡坐著空談的人而已，他知道自己不如劉備，跟劉備之間雖然合作，但關係很微妙，對於他們不必過於擔心，即使現在舉全國之兵遠征烏桓，也可確保無事。
建安十二年（207）春天，北征烏桓之役正式開始了。
烏桓人生活在幽州刺史部以北的廣大地區，大本營叫柳城，這個地方具體在哪裡，至今仍有爭論，一般認為它位於今遼寧省朝陽市西南。曹軍主力由鄴縣遠征柳城，路途遙遠，關山阻隔，困難重重。但對曹操來說，這是一場精心準備的遠征，為此他已耗費了數年時間，花費了巨大的人力和物力進行準備，所以勢在必得。
這一仗當然要由曹操親自率隊，他帶上了曹軍中最有戰鬥力的幾支隊伍，包括張遼、徐晃、張郃、曹仁、張繡所部，還有曹純統率的虎豹騎，韓浩、史渙等人統領的中軍，參謀人員以郭嘉為首。這些將領和謀士其實對烏桓並不熟悉，對少數部族的生活習慣、人文地理也很陌生，好在曹操手下不缺少這方面的人，鮮於輔、閻柔和牽招都長期生活在北方，長年同烏桓人打交道，這一次遠征當然離不開他們的幫助。
曹操還有一個特別的安排，他想藉機鍛煉一下幾個兒子。曹昂死後卞夫人所生的三個兒子在諸子中最年長，其中曹丕21歲，曹植16歲，曹彰介於二人之間，具體年齡不詳。上次西征并州曹操讓曹丕留守鄴縣，這次也一樣，他讓曹彰和曹植隨征。
曹彰字子文，在諸子中他是最與眾不同的一個，不僅因為他不愛文而愛武，從小擅長騎馬射箭，臂力過人，膽子特別大，敢徒手與猛獸搏鬥，而且單從外表就能看出來他是個「異類」，他生有黃鬍鬚，被曹操稱為「黃須兒」。
大軍向北進發，開始較為順利，很快推進到了幽州刺史部境內。過易水時，曹操特意考察了公孫瓚當年在這裡修築的那些超級城堡。儘管現在這些龐大的建築早已荒敗，但依稀能看見當年這些工程是如何的堅固。
這時，郭嘉向曹操提出建議：「兵貴神速，如今要赴千里之外襲擊敵人，輜重太多不利於機動，時間長了敵人會知道，早做防備。不如把輜重留下，輕兵兼程，快速推進，以掩其不備。」曹操接受了郭嘉的建議，從各部抽選出精兵，全部騎馬，加上虎豹騎組成快速縱隊向北進發，其他部隊留在幽州刺史部一帶作為後援。
曹操親自率快速縱隊向北疾進，即將進入無終縣境內。漢末的無終縣即今天津市薊縣，曹操聽說這裡有個人很有影響力，而且對北邊的情況特別熟悉，如果能把他請出來幫忙，此次北征至少成功了一半。
這個人名叫田疇，他曾是劉虞的部下，公孫瓚殺劉虞的時候田疇曾冒險為劉虞哭喪，公孫瓚差點殺了他，但田疇的義舉深得人心，公孫瓚不敢貿然加害，把他放了。田疇對時事徹底失望，就帶領本族的人以及自願隨行的鄉親們共數百人進入老家無終縣北部的無終山裡，想避開亂世，開闢另外一種與世無爭的生活。
他們在山裡選了一處相對平坦的地方建屋舍，然後開墾土地，發展生產，過上了自給自足的日子。雖然比較清苦，但沒有戰亂的煩擾，倒也自在。這種生活比後世幻想中的桃花源還早了數百年，吸引越來越多的人進入山裡，隨他們定居，最後發展到了5000多戶，在當時相當於規模挺大的一個縣城。在這個世外之城裡，大家推舉田疇為首領，他們自訂鄉約開展自治，制定了簡單的法律和婚嫁之禮，開辦學校，各項事業發展得十分興旺，民風淳樸，道不拾遺。
無終山處在烏桓人控制區與內地交界處，烏桓人經常侵入內地，搶一把就走，無終山也很難倖免，田疇很生氣，立志找機會痛擊烏桓。他把年輕人組織起來，開展軍事訓練，打擊入侵者。
袁紹滅掉公孫瓚，也算是了卻了田疇的一個心願。袁紹派人送來了將軍的印綬，想收編田疇並請他出來做事，但被田疇婉拒。袁紹死了，袁熙、袁尚逃到北方一帶，又派人來試圖徵召田疇，給出的條件更優厚，但田疇仍然不為所動。在大家看來，田疇已經打定主意在這山裡過一輩子了。
曹操去請田疇，並沒有明確給田疇一個什麼樣的職務，相對於當年袁紹父子送來的將軍印綬，曹操的這次徵召缺乏吸引力。然而田疇一聽說曹操召喚，完全變了一個態度，立刻動身趕來了。對田疇態度的轉變，身邊的人有點不理解：「過去袁紹父子仰慕您，三番五次派人來請，您都不答應。為什麼曹公的使者只來了一次您就爽快答應，並且還那麼主動，一副爭先恐後的樣子？」田疇聽完笑了笑，神秘地說：「這些不是你們能理解的呀！」
田疇的家在北部邊疆，經常受到烏桓、鮮卑、匈奴人的侵擾，在他的內心裡保土守疆的使命感很強。他早年傾心於劉虞就是因為劉虞在處理北部少數民族問題上做得很好，維護了邊疆地區的安寧。他對袁紹父子沒有好感，是因為袁紹父子與烏桓人走得很近，互相利用，這讓田疇無法苟同。
田疇之前沒有跟曹操接觸過，也沒有跟曹軍打過仗，他對曹操的瞭解是比較有限的，但曹操帶大軍是來打烏桓人的，僅這一點對田疇就很有吸引力，至於官位高低，對於田疇這樣對功名利祿毫無興趣的人來說，是沒有什麼意義的。田疇來見曹操，之後被曹操任命為司空戶曹掾，曹操還與田疇進行了一番長談，這次談話看來讓曹操很滿意，因為田疇這個處長只當了一天，第二天他就接到改任的命令，命令中有一句話：「田疇先生不是我可以任以為吏的呀！」
古時官和吏是有明確區分的，司空府的處長權力再大，也是吏的身份，是丞相聘任的屬官。曹操覺得對於田疇這樣有大德的人，自己聘任他為屬吏不夠尊敬，於是讓幽州刺史推舉田疇為茂才，取得了成為朝廷正式官員的資格，然後拜田疇為蓨縣縣令。
曹操命田疇不用去赴任，而隨軍行動。
快速縱隊隨即進抵無終縣。
再往北就是烏桓人的活動區了，這時正是夏天，下起了大雨，一連下了好長時間，結果壞事了。自古以來由薊縣、無終縣一帶進入東北地區只有兩條路可走，一條是所謂的濱海道，穿越幽州刺史部的遼西郡境內，即今遼西走廊。這條路現在還是交通要道，在這條路上有天津、唐山、山海關、葫蘆島、錦州等重要城市。
但是如果攤開東漢的地圖，就會發現遼西郡所屬的14個縣都不在這條線上，這說明當時這裡很荒僻，因為這一帶當初地勢比現在還低，一下大雨容易積水，實際上變成了一片澤國，說水淺吧它無法通車馬，說水深吧又不能通舟船，阻斷了南北交通。另一條道路在西側，由徐無過盧龍塞直驅柳城，也就是從今天的喜峰口到冷口一線。西漢時期與匈奴人作戰頻繁，這條道路主要為保障戰事需要而開闢，但東漢以後隨著戰事轉向西北地區，這裡逐漸被廢棄了，最後變成人跡罕至之地。
這條道路不僅艱險，而且出了山以後還要面臨500多里的不毛之地，直到越過白檀、平岡才好走一點兒。這條路真正走過的人少之又少，田疇建議：「現在蹋頓認為大軍到達無終以後，面對道路泥濘難行的情況只好不進而退，必然防備鬆懈。如果我們表面上說回軍，暗地裡越過盧龍、白檀等險地，出其不意，蹋頓一定可以不戰而擒！」
曹操大喜，採納了田疇的建議，佯裝要回師，還在路邊立了個大木牌，上面寫著：「如今是暑夏，道路不通，暫且等到秋天再來進軍。」蹋頓派出的偵察兵看到了，以為曹軍真的要回家避暑去了，迅速向蹋頓報告。
曹操命令田疇及其手下人為嚮導，悄悄開進如今遼西走廊西側的燕山山脈中，當時它被稱為徐無山，沿著西漢時期開闢出的小路直抵盧龍塞。盧龍塞即今長城沿線著名的要塞喜峰口，位於徐無山脈的最東面，坐落在梅山和雲山之間，這裡周圍是一片低山丘陵，由南向北地勢迅速抬升，形成突兀的地形，從而成為一處險地。
灤河那時候稱濡水，穿徐無山而出，形成了天然的河谷，成為南北往來的通道，盧龍塞扼守著進出的咽喉，是兵家重地。由於有田疇及其部下做嚮導，曹軍順利越過了已經荒廢的盧龍塞，再往前道路更不好走了，曹操帶來的都是騎兵，曹操命令他們暫時改成工兵，一邊填山開路，一邊艱難前行。就這樣，終於越過了平岡、白檀，到達了白狼山附近，深入到了烏桓人的腹地。
直到這時，蹋頓仍然沒有察覺。