曹操随即追到南皮，这时正是天寒地冻，黄河的河道全都冻结，粮食船只不能行动。曹操令当地百姓敲碎冰块拉船，百姓听到命令就四散逃跑。曹操大怒，要把他们全部抓起来杀掉。百姓听说后，就亲自去曹营投降。曹操说：“如果不杀你们，我的号令以后就传达下不去了；如果杀了你们，我又不忍心，你们赶快到山里去躲避，别被我军士捉住。”于是百姓都流着泪逃命去了。
袁谭带兵出城，与曹军对敌。两军对峙于阵前，曹操出马挥鞭指着袁谭骂道：“我对你是如此的厚待，你为何生出二心？”袁谭说：“你侵犯我的境地，夺取我的城池，还怪罪于我的妻子，你现在反倒说我有二心！”曹操大怒，派徐晃出战。袁谭派彭安迎战。两马相交，没打几个回合，徐晃斩杀彭安于马下。袁谭军队溃败逃走，退入南皮。曹操派军队四面围住。袁谭惊慌失措，派辛评去见曹操，请求投降。曹操说：“袁谭这小子，反复无常，我难以相信。你的弟弟辛毗，我已经重用了，你也留下来吧。”辛评说：“丞相错了。我听说主贵臣荣，主忧臣辱。我久事袁氏，怎么能背叛！”曹操知道他不能留下，就派人把辛评送回。辛评回去见袁谭，说曹操不准投降。袁谭斥责他说：“你弟弟现在是曹操的臣子，你也怀有二心了吗？”辛评听了这话，气得满胸憋闷，昏倒在地。袁谭令人把他扶出去后，不一会儿就死了。袁谭也很后悔。郭图对袁谭说：“明日全部驱赶百姓在前面，以军队为后续，与曹操决一死战。”袁谭听从了他的意见。
这天夜里，袁谭尽数驱赶南皮的百姓，让他们持刀拿枪听令。第二天天亮，大开四门，袁谭亲自在后面指挥，百姓在前面，喊声震天，一起冲出，直奔曹军大营。两军在山谷中混战，从早晨一直战到中午，胜负未分，死伤无数。曹操看到还没有取得全胜，就弃马上山，亲自击鼓助威。将士们见曹操上山，奋力向前厮杀，于是袁谭军大败。百姓被杀者无数。曹洪奋勇突入敌阵，正好迎上袁谭，举刀乱砍，袁谭被曹洪杀死在阵中。郭图看见军中大乱，急忙驰马逃入城中。乐进看见了，拉弓搭箭射中郭图，人马都陷进了城壕中。曹操带兵进入了南皮城，安抚百姓。突然有一支军队来到，原来是袁熙的部将焦触、张南。曹操亲自带兵去迎接他们。二位将军倒戈卸甲，特地前来投降。曹操封他们为列侯。又有黑山贼张燕，率军十万前来投降，曹操封他为平北将军。曹操下令，用袁谭的首级为号令，谁敢有来哭泣者就地斩首。头颅悬挂在北门外。有一个人穿着破烂的衣服，在袁谭的头颅下哭泣。左右的人把他捆绑起来见曹操。曹操问他是谁，原来他是青州别驾王修，因劝谏袁谭被驱逐出城，现在得知袁谭已死，所以前来哭祭。曹操问：“你知道我的军令吗？”王修回答说：“知道。”曹操问：“你不怕死吗？”王修说：“我生前接受了袁氏父子的恩情，现在主子败亡若不去哭泣，那是不合情理的。如果害怕死亡而忘记了义，又如何建立功业呢？如果我能够收葬袁谭尸首，即使被杀也不会有怨恨。”曹操说：“河北的义士，怎么这么多呢！可惜袁氏不能使用他们！如果能使用他们，那么我怎么敢正眼看这块地方呢！”于是命令收殓袁谭的尸体，礼待王修为上宾，任命他为司金中郎将。曹操问他：“现在袁尚已经投降袁熙，我们该用什么策略取胜？”王修不回答。曹操说：“你是忠臣。”再问郭嘉，郭嘉回答说：“可以派袁氏降将焦触、张南等人率本部人马进攻。”曹操采纳了他的建议，随即派焦触、张南、吕旷、吕翔、马延、张顗，各自带领本部兵马，分三路进攻幽州；一面派李典、乐进会合张燕，攻打并州，攻打高干。
这时袁尚、袁熙知道曹操的军队将要到达，料想难以抵抗，于是弃城而逃，奔往辽西投奔乌桓去了。幽州刺史乌桓触，召集幽州众官员，在城外设立盟誓，共同商议背叛袁氏归顺曹操的事情。乌桓触首先发言说：“我知道曹丞相是当世的英雄，现在前去投降，如果有不服从命令的人，立即斩首。”依次与众官员都在盟誓书上签了字，轮到别驾韩珩时，韩珩把剑扔在地上，大声说：“我受袁公父子的厚恩，现在主公已经败亡，我智不能救，勇不能死，于义上说就缺了！如果向北投降曹操，我是不会做的！”众人都惊恐失色。乌桓触说：“要成就大事，应该立大义。事情能不能成功，不是靠某一个人。韩珩既然有这样的志向，就听任他自己的选择吧！”推开韩珩而出去了。乌桓触出城迎接曹操的三路军队，直接来投降。曹操大喜，加封乌桓触为镇北将军。
忽然探马来报：“乐进、李典、张燕进攻并州，高干守住壶关口，不能攻下。”曹操亲自率军前往。三位将领随后来到，说高干守住壶关口难以攻破。曹操召集众将商议破敌之计。荀攸说：“要打败高干，必须用诈降之计才行。”曹操同意了。他唤来投降的将领吕旷、吕翔，在他们耳边密语，这样、这样。吕旷等率几十个人来到关下，叫喊道：“我等原本是袁氏旧部，不得已而投降曹操。曹操为人诡诈，待我们又很刻薄，我们现在要回去扶助旧主。你们快开关让我们进去。”高干不相信，只让两位将领自己上关去说。两位将领卸下盔甲，扔掉马匹，走进关内，对高干说：“曹军刚到，我们可以利用他们军心还没有稳定的机会，今晚去劫营。我们愿意当先锋。”于是高干依了他们的话，这天晚上命吕旷、吕翔为先锋，率领一万多兵马前去。到了曹营后，突然背后喊声大震，曹军伏兵四起。高干知道中了计，急忙退回壶关城。乐进、李典已经夺下关口，高干夺路而逃，前去投降单于。曹操率军在关口阻挡，派人去追杀高干。高干来到单于地界，正好遇上了北番左贤王。高干下马拜伏在地，说曹操吞并疆土，如今要侵犯王子的领土，请求左贤王援救，共同对抗曹操，以保卫北方。左贤王说：“我与曹操无仇，怎么可能侵犯他的领土？你是想让我和曹氏结下仇怨吗！”喝斥退了高干。高干无路可走，只得去投靠刘表。高干走到上洛时，被都尉王琰杀害了，将王琰的头送给了曹操。曹操封王琰为列侯。
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