建安十八年（213年），曹操起兵号称四十万，亲自南征孙权。次年正月，曹军进至濡须口（今安徽巢县东南），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。
同年五月，复《禹贡》九州。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。
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，奏事不称臣，受诏不拜，以天子旒冕、车服、旌旗、礼乐郊祀天地，出入得称警跸，宗庙、祖、腊皆如汉制，国都邺城。王子皆为列侯。他名义上还为汉臣，实际上已是皇帝。
建安二十二年（217年）冬十月，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太子。 [38]
相争汉中
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。五月，攻克河池，斩氐王窦茂 [39]；七月，曹操大军进至阳平关（今陕西勉县西北）。张鲁听说阳平关失守、逃往巴中。曹操进军南郑，尽得张鲁府库珍宝。十一月，张鲁出降曹操，汉中遂为曹操所有。
建安二十二年（217年）春，曹操再次南征，率军猛攻濡须口，击败孙权，孙权派都尉徐详求降 [40]，曹操同意，并允诺重新结为姻亲。 [41]
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 [42]。七月，曹操亲率大军赶往关中，坐镇长安，以便随时指挥汉中战局。同时，边塞硝烟再起，曹操命曹彰、田豫北征，大破乌桓鲜卑联军。 [43]
建安二十四年（219年）正月，刘备自阳平关南渡沔水（今汉水），依山而进，驻军于定军山（今陕西勉县东南），夏侯渊出兵与刘备争夺地势，被黄忠斩杀，曹军大败。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。 [44]
襄樊会战
建安二十四年（219年）七月，曹操刚刚从汉中撤出，刘备大将关羽就从荆州向他的东南防线襄、樊一带发动了进攻。曹操闻知，立刻派大将于禁率兵往救樊城。八月，关羽在洪水泛滥时（正史中，关羽并未决堤） [45-47]，乘大船进攻，擒于禁，斩庞德，乘势进军，将樊城围住。时樊城曹军只有数千人，城被水淹，水面离城楼仅有数尺，曹仁率军死守。曹操又派徐晃领兵去救樊城。十月，曹操从关中赶到洛阳，亲自指挥救援樊城。
孙权因关羽处其上游，不愿意让关羽势力发展，且他早有攻取荆州之心，于是联结曹操，准备以大将吕蒙偷袭荆州要地江陵。曹操接到书信后，将这一消息通知曹仁，命他继续坚守，自己进至摩陂（今郏县东南），临近指挥，又派兵十二营增援徐晃，命他反击关羽。经过恶战，关羽败走。不久，吕蒙偷袭江陵得手。关羽撤往益州，路上被孙权军擒杀，孙权将关羽的首级送到洛阳，曹操以诸侯之礼安葬之，襄樊战役结束。 [48]
曹操在孙权擒杀关羽、取得荆州后，表孙权为骠骑将军、荆州牧。孙权遣使入贡，向曹操称臣，并劝曹操取代汉朝自称大魏皇帝。曹操将孙权来书遍示内外群臣，说：“是儿欲踞吾著炉火上耶！”曹操手下群臣乘机向曹操劝进。 [49]曹操自己还不想废献帝自立，他说：“若天命在吾，吾为周文王矣。” [50]
建安二十五年（220年）正月，曹操还军洛阳。当月，病逝在洛阳，终年六十六岁，谥曰武王。 [51]他临死前留下《遗令》。 根据曹操的遗嘱，他于二月廿一丁卯日（4月11日）被安葬于邺城西郊的高陵。 [52]
十月，魏王曹丕取代汉朝，自立为皇帝，国号魏，追尊曹操为武皇帝，庙号太祖。
为政举措编辑
黄淮流域在东汉末年的军阀混战中社会经济遭到空前的破坏，百姓遭屠，土地荒芜，幸存者被迫离乡背井，流落他方。可谓“名都空而不居，百里绝而无民者，不可胜数” [53]，“白骨露于野，千里无鸡鸣” [54]。面对这种悲惨景象，曹操在世时实行了一系列政策来恢复经济，稳定局面。从曹操在政治、军事、经济各方面的表现来看如推行屯田，兴修水利，实行盐铁官卖制度，对社会经济的恢复和经济的整顿起了积极作用。 [55]
政治
惩办豪强
曹操开始走上仕途就试图用比较严格的法律改变当时权豪横行的情况。由于祸在中央，曹无法施展自己的意图。到他自己掌握政权以后，才得全面推行抑制豪强的法治政策。他说：“夫刑，百姓之命也”；“拨乱之政，以刑为先”。他起用王修、司马芝、杨沛、吕虔、满宠、贾逵等地方官吏，抑制不法豪强。如果把袁绍和曹操在冀州先后推行的治术加以比较，就可以看出两种不同的情况：“汉末政失于宽，绍以宽济宽，故不摄”。在袁绍的宽纵政策下，“使豪强擅恣、亲戚兼并，下民贫弱，代出租赋，炫鬻家财，不足应命”。这样，自然不能使“百姓亲附，甲兵强盛”。所以袁绍虽地较大、兵较多、粮较足，终为曹所败。曹得冀州后，立即“重豪强兼并之法”，因而收到了能使“百姓喜悦”的效果。司马光说曹“化乱为治”，并非无据。
稳定局面
汉献帝被西凉军争夺，各州郡牧守都在拥兵自强，断绝纳贡。整个中国的局面是群雄割据，军阀混战。汉献帝小朝廷，远远没有控制政治局势的能力，在这危难之际，曹操挟持穷途末路的皇帝，迁都许县，以武力削平北方群雄，力图进而统一中国，起到了稳定东汉朝政局面的作用。 [56]
唯才是举
汉时期选拔官吏，被选用人既要有仁义孝悌等方面封建道德品质，也要有高贵的家世出身。
曹操用人不重虚誉，他选用官员要“明达法理”，能行法治。用崔琰、毛玠掌管选举，“其所举用，皆清正之士，虽于时有盛名而行不由本者，终莫得进。务以俭率人，由是天下之士莫不以廉节自励，虽贵宠之臣，舆服不敢过度”。社会风气有所好转。 [57]