高干知道是中了计，急忙返回壶关城，然而乐进、李典已经夺取了关隘。高干夺路逃脱，去投奔单于。曹操率领军队在关口抵御，派人去追击高干。高干到了单于的辖地，正好遇到北番的左贤王。高干下马跪拜在地上，说：“曹操吞并过去的辖境土地，现在想要侵犯王子你的地域，千万请求救援，一同努力收复，以保卫北方。”左贤王说：“我和曹操向来没有仇恨，怎么敢侵犯我的土地？你是想让我结仇吗！”喝斥让高干退下。高干思索没有别的路可走，就去投奔刘表。在行进的路上，被都尉王琰杀死，王琰将他的首级解送给曹操。曹操封王琰为列侯。
并州已经平定，曹操商议向西攻击乌丸，捉拿袁熙，以断绝祸根。曹洪等人说：“袁熙、袁尚兵败将要灭亡，势力穷尽，现在投奔夷狄；夷狄贪婪而且没有亲情，怎么能被袁尚所用呢？现在率领军队进入番邦境内，如果刘备、刘表率领军队袭击许都，救援来不及，造成的祸患可不浅啊！请求回师而不要前进才是上策。”郭嘉进言说：“诸位所说的，错了。主公虽然威震天下，胡人依仗他们地处边远，一定不会设防备。趁着他们没有防备，突然攻击他们，可以将他们破灭。而且袁绍对番邦有恩，而袁尚兄弟还活着。现在舍弃乌丸的资源而往南征伐，袁尚兄弟借助乌丸的帮助，招揽那些死去主人的臣子，产生像冒顿那样的野心，形成觊觎中原的计策，恐怕青州、冀州就不再是自己的了。刘表只是个空谈的人罢了，他自己知道才能不足以驾驭刘备。如果重任刘备，就怕不能控制；如果轻任刘备，刘备就不会被他所用。即使使国家空虚而进行远征，主公也不必担忧啊。”曹操说：“奉孝的话，真是大的议论！”于是率领大小三军，数千辆车，出了卢龙寨。只见黄沙漫天，狂风暗暗刮起，山谷崎岖，曹操有了回军的心思，询问郭嘉。郭嘉此时不服水土，卧病在车中。曹操哭着说：“因为我想要平定夷狄，让你远途跋涉历经艰辛而患病吗？”郭嘉说：“我感激丞相的大恩，即使死了也不能报答万分之一。”曹操说：“我看到北方地形崎岖，想要回军，怎么样？”郭嘉说：“用兵贵在神速。现在千里去袭击敌人，携带的物资众多而难以快速获利；不如派轻装部队加倍赶路出击，趁其没有防备，敌人就可以被擒获。必须找到曾经认识路径的人来引导。”
曹操于是把郭嘉留在易州养病，寻求向导官来引路。有人举荐袁绍的旧将田畴非常熟悉这里的情况，曹操下令寻找他。田畴见到曹操，说：“这个地方在秋夏季有积水，浅的地方不能通过车马，深的地方不能承载舟船，成为困难已经很久了。过去北平郡的治所在平冈道，从卢龙出去，能到达柳城。自从建武年间以来，就塌陷毁坏断绝了，将近二百年了，但还有小路可以走。现在敌人将领认为大军应当经由无终，不能前进就会后退，会懈怠松弛没有防备；如果悄悄回军，从卢龙口越过白檀的险要之处，出现在空虚的地方，向前靠近柳城，趁其没有防备，冒顿可以一战就擒获。”曹操听从他的话，封田畴为靖北将军，让他做向导官，作为前锋。张辽为其次。曹操自己殿后，加速轻装骑兵前进。当时是建安十一年秋七月，田畴带领张辽先到白狼山。
却说袁熙、袁尚联合冒顿等数万骑兵前来，张辽慌忙报告给曹操。曹操亲自勒住马，登上高处观望，看到冒顿的军队没有队列次序，杂乱不整齐。曹操对张辽说：“敌兵不整齐，就可以攻击他们。”曹操把军旗交给张辽。张辽带领许褚、于禁、徐晃四路下山，奋力急速进攻，冒顿大败。张辽拍马把冒顿斩杀于马下。其余的人都投降了：从有名的首领以下，胡人和汉人混杂有二十多万人口。袁熙、袁尚带领数千骑兵投奔辽东去了。
曹操收兵进入柳城，派人去探望郭嘉的病情，回报说郭嘉的病情已到了十分危险的地步。曹操封田畴为柳亭侯，让他镇守柳城。田畴说：“我是个违背道义逃窜的人罢了，承蒙深厚的恩情得以保全性命，已经是很幸运了；怎么可以出卖卢龙的营寨，来求取赏赐和俸禄呢！如果实在不得已，请让我效死但不接受侯的职位！”话还没说完，就痛哭流涕。曹操又派夏侯惇去劝说他，他也不听从，曹操于是拜田畴为议郎。曹操安抚慰问单于和其他番族人等，送和接纳骏马一万匹。曹操领兵返回，当时天气寒冷而且干旱，二百里内不再有水源，军队又缺乏粮食，杀了数千匹马作为食物，凿地三四十丈才得到水。曹操回到易州，重赏先前曾劝谏的人。曹操说：“我先前趁着危险进行远征，侥幸获得成功。虽然取得了胜利，这是上天保佑啊，所以不可以作为常规的办法。各位的劝谏，是万无一失的计策，因此进行赏赐。以后不要难以进言。”曹操到达易州，这时郭嘉已经去世好几天了，灵柩停放在官署中。曹操前去祭奠他，哭倒在地上说：“奉孝死了，这是上天要亡我啊！”回头对文武官员说：“各位的年龄都和我差不多，只有奉孝最年轻，我本想托付他处理后事。没想到中年就夭折了，让我的心肠都崩裂了啊！”郭嘉的身边人，把郭嘉临死前封存的书信呈上说：“郭嘉临终时，亲笔写了这个。丞相如果听从，辽东自然就平定了。”曹操说：“奉孝如此用心，我怎么会不依从呢！”拆开信封看了，点头叹息，众人都不明白其中的意思。第二天，夏侯惇带领众人禀报说：“辽东太守公孙康，很久都不臣服。现在袁熙、袁尚二人投奔他，时间久了必定成为祸患。不如趁他们还没行动，赶快前去征讨，就可以得到辽东了。”曹操笑着说：“不劳烦各位的虎威。几天之内，公孙康自己就会送来二袁的首级了。”众人都很疑惑。第二天，又禀报，曹操也像前面那样回答，众将都不相信。
却说袁熙、袁尚带领数千骑兵，逃奔到辽东来。公孙康本来是辽东襄平人，是武威将军公孙度的儿子。公孙康得知袁熙、袁尚前来投奔，于是召集本部的属官商议。他的叔叔公孙恭说：“袁绍在世的时候，常常有吞并辽东的心思，只是遗憾没有空闲时间。如今袁熙、袁尚兵败将要灭亡，没有地方可以依靠栖息，前来投奔辽东，这是鸠占鹊巢的意思啊。如果接纳他们，他们必定会来图谋我们。不如把他们骗进城中杀了，送他们的首级给曹公，曹公一定会重重地对待你。”公孙康说：“只担心曹公趁着这个时候领兵攻打辽东，又不如接纳二袁来帮助我们，让他们成为我们的得力助手。”公孙恭回答说：“曹操如果要攻打辽东，必定会日夜兼程赶来；如果他没有这个意思，一定不会行动。可以去探听消息。如果曹操进兵，就留下二袁；如果不行动，就杀了二袁送给曹公。”公孙康听从了他的话，先派人去探听消息。
却说袁熙和袁尚说：“如今辽东有几万军队，足够与曹操抗衡，暂且投奔他们。然后应当杀掉公孙氏来夺取他们的城池，积蓄力量来对抗中原，还可以收复河北。”袁尚说：“我揣度这个心思很久了。”二人进去拜见公孙康，被留在馆舍中，每天派人招待他们，但公孙康推说有病不见他们。打探消息的人回报：“曹操的军队屯驻在易州，没有进攻辽东的意思。”公孙康先在墙壁的帷幕中埋伏了刀斧手，派人邀请二袁进来。见面行礼完毕，让他们坐下。公孙康看到左右的侍从站着，就让他们都出去回避，想要商议机密的事情。袁尚看到坐榻上没有垫子，当时天气严寒，对公孙康说：“希望铺上坐席。”公孙康瞪着眼睛说：“你们二人的脑袋，将要行走万里，还要什么坐席！”袁尚大吃一惊，举手不知所措。公孙康说：“还不下手！”刀斧手拥出来，就在坐席上砍下了二人的脑袋，用木匣子装着，派人送去易州，来见曹操。曹操在易州，按兵不动。夏侯惇、张辽进来，禀报说：“如果不进攻辽东，可以回许都。恐怕刘表会有二心。”曹操说：“我在等二袁的首级。”众人都暗自发笑。忽然禀报说辽东公孙康派人送袁熙、袁尚的首级来了。众人都非常惊讶。使者呈上书信，曹操大笑说：“没有超出奉孝的预料！”曹操赏赐了使者，就刻印，封公孙康为襄平侯，拜为左将军。使者回去后，众官员问曹操说：“为什么说没有超出奉孝的预料呢？”曹操就把郭嘉的书信拿给他们看。那书信说：
现在听说袁熙、袁尚前往投奔辽东，千万不可派兵攻打。公孙康一直害怕被袁氏吞并，他们去投奔必定会被怀疑。如果派兵急切攻打他们，他们之后必然会合力抵抗，急切间难以攻下；如果慢慢对待，公孙康和袁氏必然会自相图谋，形势就是这样。
众人都踊跃地称赞好。曹操带领众官员在郭嘉灵前设祭。郭嘉去世时三十八岁，跟随曹操征伐十一年，多次立下奇特的功勋。史官有庙赞说：
天生郭奉孝，豪杰冠群英。腹内藏经史，胸中隐甲兵。
运谋如范蠡，决策似陈平。可惜身先丧，中原梁栋倾。
又有诗说：
虽然天数三分定，妙算神机亦可图。
若是当时存奉孝，难容西蜀与东吴。
曹操领兵回到冀州，派人先将郭嘉的灵柩扶回许都迁葬。程昱等人请求说：“北方已经平定，可以回到许都，制定南下江南的策略。”曹操笑着说：“我有这个志向，诸位先提出来，正合我意。”当晚，曹操住在冀州城东角楼上，倚着栏杆仰望天文。当时荀攸在旁边，曹操指着南方说：“南方旺气灿烂，恐怕不能图谋。”荀攸说：“凭借丞相的天威，有什么不能征服的呢！”正看着，忽然看到一道金光，从地下升起。荀攸说：“这地下一定有宝物。”曹操下楼，顺着金光让人挖掘。果然挖到了什么东西，下一回就会看到。
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