建安元年春正月，曹操率軍抵達武平，袁術任命的陳相袁嗣見曹操勢大，自知不敵，便出城投降。

曹操打算迎接漢獻帝，以此來號令天下。然而，他的想法卻遭到了一些將領的質疑。關鍵時刻，荀彧和程昱極力勸說曹操，分析了迎接漢獻帝的諸多好處。曹操聽取了他們的建議，派遣曹洪率領軍隊向西迎接漢獻帝。但衛將軍董承與袁術的部將萇奴據守險要地勢，阻擋曹軍，曹洪的軍隊無法前進。

汝南、潁川一帶的黃巾軍何儀、劉闢、黃邵、何曼等人，各自擁兵數萬。他們起初依附袁術，後來又投靠孫堅。二月，曹操進軍討伐，憑藉著卓越的軍事才能，大破黃巾軍，斬殺了劉闢、黃邵等人。何儀見大勢已去，便率領部下投降。

漢獻帝為表彰曹操的功績，封他為建德將軍。到了夏天六月，曹操又被升遷為鎮東將軍，並被封為費亭侯。

秋七月，楊奉、韓暹護送漢獻帝返回洛陽。據《獻帝春秋》記載，漢獻帝剛到洛陽時，暫住在城西原中常侍趙忠的宅子裡。漢獻帝命令張楊修繕宮室，並將其中一座宮殿命名為揚安殿。八月，漢獻帝才遷居到修繕好的宮殿中。楊奉則率軍在梁地屯駐。曹操得知漢獻帝回到洛陽後，立即率軍趕到洛陽，負責保衛京都的安全。韓暹見曹操到來，心中害怕，便棄城逃走。漢獻帝授予曹操節鉞，讓他總領尚書事務。據《獻帝紀》記載，曹操還兼任司隸校尉。

此時的洛陽，歷經戰亂，早已破敗不堪。董昭等人勸說曹操將都城遷往許縣。九月，漢獻帝的車駕從轘轅關向東進發，曹操被任命為大將軍，封武平侯。自漢獻帝西遷以來，朝廷日益混亂，直到此時，宗廟社稷的各項制度才得以重新建立。據《張璠漢紀》記載，當初漢獻帝在曹陽戰敗後，打算乘船沿黃河東下。侍中、太史令王立進諫說：“去年春天，太白星在牛鬥星宿附近侵犯鎮星，又經過天津星宿，如今熒惑星又逆行，鎮守北河，此時不宜北渡黃河。”因此，漢獻帝放棄了北渡黃河的計劃，打算從軹關東出。王立又對宗正劉艾說：“之前太白星鎮守天關，與熒惑星會合，金火交會，這是改朝換代的徵兆。漢朝的國運已經走到盡頭，晉、魏必將興起。”後來，王立多次對漢獻帝說：“天命有更替，五行不會永遠昌盛，取代火德的是土德，繼承漢朝的是魏，能夠安定天下的，是曹姓之人，陛下只需倚重曹氏即可。”曹操得知此事後，派人告訴王立：“我知道您對朝廷忠心耿耿，但天道幽深難測，希望您不要再過多談論此事。”

漢獻帝東遷洛陽之時，楊奉企圖從梁地出兵攔截，但未能成功。建安元年冬十月，曹操決定征討楊奉。楊奉得知曹操來攻，心中畏懼，急忙向南投奔袁術。曹操乘勝追擊，攻打楊奉在梁地的屯營，並一舉攻克。

此時，朝廷任命袁紹為太尉。袁紹認為太尉的職位在曹操擔任的大將軍之下，感到十分恥辱，拒不接受任命。曹操見狀，便堅決辭去大將軍一職，將其讓給袁紹。於是，漢獻帝改封曹操為司空，代理車騎將軍。

同年，曹操採納棗祗、韓浩等人的建議，開始推行屯田制。自天下大亂以來，糧食匱乏成為困擾各方勢力的難題。眾多軍隊興起，卻都沒有長遠的糧食儲備計劃，飢餓時就四處掠奪，吃飽後便丟棄剩餘糧食，不少軍隊因缺糧而自行瓦解、流離失所，不戰自敗的例子數不勝數。袁紹在河北時，他計程車兵只能靠吃桑椹維持生計；袁術在江、淮地區，軍隊則以蒲蠃為食。百姓更是苦不堪言，甚至出現人吃人的悲慘景象，各州郡一片蕭條。曹操深知，穩定國家的關鍵在於強大軍事力量和充足的糧食儲備，他感慨道：“秦朝憑藉重視農業而兼併天下，漢武帝透過屯田平定西域，這些都是前人留下的成功範例。”於是，曹操這一年招募百姓在許縣附近屯田，收穫穀物達百萬斛。此後，各州郡紛紛效仿，設定田官，到處都開始儲備糧食。這一舉措讓曹操在四處征戰時，無需為運輸糧草而勞心費力，為他兼併各路賊寇、平定天下奠定了堅實基礎。

呂布趁劉備不備，襲擊並奪取了下邳。劉備走投無路，只好前來投奔曹操。程昱見狀，向曹操建議道：“劉備有雄才大略，又深得人心，他終究不會屈居人下，不如趁早除掉他。”曹操卻說道：“如今正是招攬英雄的時候，若是殺了劉備，會讓天下英雄寒心，此事萬萬不可。”

張濟從關中逃到南陽，不久後去世，他的侄子張繡接管了他的部隊。建安二年春正月，曹操率軍抵達宛城。張繡見曹操勢大，便選擇投降。然而沒過多久，張繡反悔，再次反叛。曹操倉促應戰，結果軍隊戰敗，他自己也被流矢射中，長子曹昂、侄子曹安民不幸遇害。據《魏書》記載，曹操所騎的馬名叫絕影，也被流矢射中，臉頰、足部受傷，曹操的右臂也因此受傷。《世語》則提到，曹昂不會騎馬，將自己的馬讓給曹操，曹操才得以倖免，而曹昂卻慘遭殺害。曹操無奈之下，率軍退回舞陰。張繡派騎兵前來襲擊，曹操整頓軍隊，奮力反擊，成功擊破張繡的騎兵。張繡見勢不妙，逃往穰城，與劉表合兵一處。曹操對眾將說道：“我接受張繡等人投降，卻沒及時扣押他們的人質，才導致這樣的後果。我已經知道失敗的原因了。你們看著吧，從今往後，我不會再犯這樣的錯誤。”說完，曹操便率軍返回許縣。《世語》記載，按照舊制，三公領兵入朝拜見天子時，都要被戟交叉架在脖子上前行。當初，曹操準備征討張繡時入朝拜見天子，這一制度剛剛恢復。經此一役，曹操從此不再入朝拜見天子。

袁術妄圖在淮南稱帝，他派人將此事告知呂布。呂布扣押了袁術的使者，並將袁術的書信呈交給曹操。袁術得知後，惱羞成怒，立刻出兵攻打呂布，結果卻被呂布打得大敗。

建安二年秋九月，袁術侵犯陳地，曹操決定東征袁術。袁術聽說曹操親自率軍前來，嚇得棄軍而逃，只留下部將橋蕤、李豐、梁綱、樂就抵擋。曹操大軍一到，迅速擊破橋蕤等人，將他們全部斬殺。袁術狼狽地渡過淮河，曹操則率軍凱旋，回到許縣。

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