曹军各将领看到军队溃败，急于找到曹操，但却不知曹操坐在哪只船中，极为惶恐，最后发现了曹操以后，又极为激动，喜极而泣。曹操却若无其事，放声大笑说:“今天差一点被马超这小子所困！”当军队溃散的时候，校尉丁斐趁机放出牛马以诱惑敌人，敌人纷纷去夺取牛马，曹操趁机渡过河去，沿着河边小道向南而去。
曹操的这次失败给了他极大的警示，让他不得不小心翼翼地应对马超。当马超的士兵退守渭河河口的时候，曹操在河中设置了大量疑兵，暗中却用船载上士兵进入渭水，结为浮桥，趁着夜色，将士兵分散运输到渭河南岸安营扎寨。马超发现曹军已经全部渡河，便对曹军营寨进行攻击，但为时已晚，曹操埋伏下精兵将其各个击破。
马超看到曹军实力强大，便请求与曹操割河西之地为和，被曹操断然拒绝。双方相持不下，每当曹军强渡渭水时，马超军队便极力袭击，所以军队无法安营，再加上河滩沙地，土质松软，军队甚至无法修筑壁垒。这时有一个叫娄子伯的人对曹操说:“现在天气寒冷，可令士兵将沙子垒筑起来，然后灌入河水，待河水冻结后，城也就筑成了。”曹操大喜，忙令士兵运水筑城，一夜之间，一道坚固的城墙就筑好了，这样，士兵才得以过河。九月，曹军已经全部渡过渭水。
马超求和不成，便屡次挑战，但曹操置之不理，马超无奈，除了请求割地之外，又附加上了送儿子为人质的条件。曹操采用贾诩离间马超和韩遂的计策，暂时答应了马超。
这时韩遂请求与曹操相见，因为曹操与韩遂的父亲为同年孝廉，两人阵前单独相见交谈了相当长的一段时间，内容都是京都旧事，丝毫未涉及军事。两人谈笑风生，极其融洽。谈完，韩遂回到阵营，马超问及所谈内容，韩遂感到所谈内容并无军国大事，均为过去琐碎之事，没必要重复给马超，于是就实话实说:“没说什么。”马超听后却大为不快，感到韩遂没有说实话。几天后，曹操又写信给韩遂，信中故意涂涂改改，目的是让马超看到后，怀疑信件是韩遂改的，果然，马超见信后更加怀疑韩遂通敌。
离间之计成功，曹操便开始与马超面对面交锋，到了双方择定的交战日期，曹操先用轻兵挑战，待对方筋疲力尽之时，曹军突然派威猛骑兵两面夹击，打得马超军队狼狈逃窜，数名大将被杀。马超、韩遂败逃凉州。至此，关中平定。十二月，曹操班师，留夏侯渊驻守长安。
西北地区的安定，对曹操来说具有重要意义。长期以来，西北边陲虽然由朝廷直接任命官员，但经常处于割据状态。所以，解决了西北问题后，曹操便又开始向东讨伐孙权，为进一步统一全国扫清障碍。
攻汉中得而复失
西北安定之后，经过半年多的休整，曹操于建安十七年（公元212年）十月再征孙权，建安十八年（公元213年）正月，曹军进攻濡须口，攻破孙权江西营，并俘获孙权都督公孙阳。之后，双方相持一月有余，曹操“作油船夜渡”，被孙权发觉，孙权率水军围攻，结果俘获曹军3000余人，曹军另有3000人溺水身亡。这次交战，孙权大胜。接着，孙权又数次挑战，曹操吸取教训，坚拒不出。孙权看到曹军毫无动静，便乘轻船从濡须口径入曹军大营，曹军将领认为孙权这是挑战，欲袭击他们，但曹操却说:“这一定是孙权想亲自看一看我们军队的阵列。”并命令军中严阵以待，没有命令不得擅自进攻。曹操看到孙权部队纪律严明，便喟然而叹说:“生子当如孙仲谋，刘表的儿子就像猪狗一样不堪重用。”
孙权这一番“巡视”，给这次战役带来了转机，他感觉到这样和曹操对峙下去不会有任何结果，所以离开曹营之后，他马上给曹操写了一封短信说:“春水正在涨，你应该马上退却。”有意思的是，除了这封短信之外，孙权还另外加了一张纸条，上面写着“足下不死，孤不得安。”而曹操也有同感，所以面对孙权的恶言，他一点也不生气，反而对大家说:“孙权没有欺骗我。”于是便率军返回。四月，到达邺城。五月，曹操被献帝策命为魏公。
之后，在西北边疆，马超、韩遂及其余部联合边疆少数民族又多次叛乱，夏侯渊均予以平定。马超不得已逃亡汉中。曹操也在建安十九年（公元214年）的七月，再一次东征孙权，但仍然劳而无功。
多次征讨孙权均无功而返，曹操便把重点放在了西南地区。建安二十年（公元215年）三月，曹操西征张鲁。张鲁占据的汉中为战略要地，长期以来一直备受各方关注，孙权曾多次与刘备协商共同进攻汉中，其目的很明显，一方面是要回本属于自己的战略要地荆州；另一方面染指西蜀，与刘备共占西南地区，扩大自己的势力范围。但刘备也十分清楚孙权的用意，所以，以益州刘璋系宗亲为由，断然拒绝了孙权的提议。此后，刘备加紧了占领益州的攻势，并将目光瞄向了通向北方的要塞汉中。曹操也深知汉中的重要性，所以，他亲自率兵攻打张鲁。
曹操大军到达陈仓以后，曹军进入氐族人居住地，氐人奋起反抗，曹操派遣张郃、朱灵等击败氐人。四月，曹操从陈仓出散关、入河池。氐王窦茂率众万余人依仗险要地形抵抗曹军，五月，曹操率军将其平定。七月，曹军终于到达汉中西面门户阳平关。此时，阳平关由张鲁的弟弟张卫和大将杨昂把守，连山修筑城碍十余里，曹军屡攻不下，于是曹操引军而回。张卫等人见曹军撤退，便解散守备。曹操却秘密派遣将领连夜突袭，大破张卫，张卫逃跑，张鲁率残部奔向巴中。曹操进入南郑，至此，通往西蜀的战略要地汉中被曹操占领。十一月，张鲁自巴中率众投降。同时，刘备也占领了益州，并攻占巴中，曹操派遣张郃进击。十二月，曹操从南郑返回，留夏侯渊驻守汉中。次年一月，曹操回到邺城。五月，曹操被献帝进爵为魏王。
建安二十三年（公元218年）七月，曹操再次率军西征占据益州的刘备，九月，到达长安。二十四年（公元219年）正月，留守汉中的夏侯渊与刘备战于阳平关，夏侯渊于定军山战败被杀。三月，曹操率兵从长安出斜谷，到达阳平关以后，刘备占据险要位置予以抵抗。曹操看到汉中难以攻克，便有回军之意，有人问口令，于是他下令“鸡肋”。大多官员不知何意，只有主簿杨修整装待发，人们十分惊奇地问杨修说:“你怎么知道要回去了？”杨修说:“什么叫鸡肋？扔掉了可惜，要吃却没什么可吃的。这就好比是汉中，所以，魏王要带领我们回去了。”果然如杨修所说，五月，曹操返回长安。
汉中要地得而复失，一方面是刘备困守西南、急于抢占这块战略要地所致；另一方面也是曹操大将夏侯渊把守不当。对曹操来说，汉中的丢失，不仅仅是西南地区难以平定的问题，更多的是给以后带来的巨大困扰，在后来诸葛亮北伐中原的战争中，就是把汉中作为一个大本营，一次次对曹魏政权构成巨大威胁。
联东吴三国鼎立
三国时期的战争，往往形成互为犄角的态势，需要则连，反之则分。尤其是东吴与蜀汉政权的分分合合，更是明显地体现出了这一点。总的来看，因为曹魏政权的强大，东吴与蜀汉都面临着被吃掉的危险，所以他们之间联合多而对抗少，这是他们共同的利益所致。但在曹魏和东吴之间，也有过双方的联合。不管怎么说，曹魏所秉持的仍然是汉朝皇帝的权威，所以，作为政治家的孙权在关键时候还是不忘向曹操示好。
在曹操向西攻打汉中的时候，南面的战事也开始了。
