此后，袁谭率军出城与曹操军对峙。两军布阵完毕后，曹操骑马出阵，指着袁谭骂道：“我厚待你，你为何心生异心？”袁谭回答道：“你侵犯我的境地，夺走我的城池，霸占我的妻子儿女，反而说我有异心吗？”曹操听后大怒命令徐晃出马迎战敌军。袁谭派彭安接战两人交手数个回合后徐晃便将彭安斩杀于马下。袁谭军败退回南皮城中坚守不出曹军四面围攻。此时袁谭感到慌乱无助于是派辛评去见曹操商议投降事宜。然而曹操对袁谭的反复无常已经不再信任因此拒绝了他的投降请求。
当夜色笼罩南皮，曹操的策略开始展开，他命令南皮的百姓全部拿起刀枪，听从他的命令。百姓们在曹操的威势下，颤巍巍地拿起武器，他们的脸上充满了惊恐和不安。
次日破晓，南皮城的四门大开，曹操的军队在后方驱赶着百姓，让他们冲在前面。百姓们声嘶力竭地喊着，他们被推向曹军的阵营，如同待宰的羔羊。两军在南皮城外混战起来，从早晨一直打到中午，仍然胜负未分，战场上遍地都是被杀的人。
曹操看到战斗仍未取得全胜，心中焦躁。他毅然弃马上山，亲自击鼓助威，鼓声在战场上回荡，让人心潮澎湃。曹操的将士们看到他们的主帅如此拼命，也奋力向前冲杀。袁谭的军队在曹军的猛烈攻击下大败，无数的百姓在战斗中被杀。
此时，曹洪勇猛无比，他突入敌阵，正遇到袁谭。两人交手数个回合，袁谭竟然被曹洪杀死在阵中。郭图看到自己的阵势大乱，急忙冲进城中。乐进看见，立刻拈弓搭箭，一箭射中城壕，人马都陷入其中。曹操趁机率军进入南皮城，安抚城中剩余的百姓。
然而此时，又有一支军队来到南皮城下，是袁熙的部将焦触、张南。他们看到袁谭已经战败，便主动投降了曹操。曹操接受了他们的投降，并封他们为列侯。接着，黑山贼张燕也率领十万军队来投降曹操，曹操封他为平北将军。
接着曹操下令将袁谭的首级挂在北门外示众，并且严厉警告：“敢有哭者斩。”然而却有一人，布衣麻冠，身披衰衣，公然在袁谭的头颅下痛哭。左右的人将他擒获带到曹操面前。曹操问他原因，原来这个人是青州的别驾王修。他因为劝谏袁谭而被逐出，现在知道袁谭死了，所以来这里哭祭他。
曹操听后默然不语，他看着王修那悲痛而坚定的眼神，心中感到震撼。他下令收殓袁谭的尸体安葬，并礼待王修为上宾任命他为司金中郎将。这一切的举动都让人们看到，曹操虽然狠辣，但也并非没有人性。
曹操说：“河北义士为何如此之多！可惜袁氏不能利用他们！如果能够利用，我又怎敢正视这片土地呢！”于是命人收葬谭尸，修整礼仪，将他视为上宾，并任命他为司金中郎将。然后问他：“现在袁尚已经投降袁熙，我们应该采取什么策略来对付他们？”修没有回答。曹操说：“他是个忠臣。”然后问郭嘉，嘉说：“可以让袁氏的降将焦触、张南等人自行攻打他们。”曹操采纳了他的意见，派遣焦触、张南、吕旷、吕翔、马延、张顗各自带领部队，分成三路攻打幽州；同时派遣李典、乐进会合张燕，进攻并州，攻打高干。接着袁尚和袁熙得知曹军将至，料想难以抵挡，于是放弃城池，带兵日夜奔向辽西投奔乌桓部落。
幽州刺史乌桓触，聚集幽州众官，以血盟誓约，共议背叛袁氏归降曹操之事。乌桓触先说道：“我知道曹丞相是当世英雄，我们去投降他，有人不遵从命令者就斩了他。”然后按顺序用血盟誓约，一直到别驾韩珩。韩珩则抛下剑，大声呼喊道：“我受到袁公父子的厚恩，如今主败亡，智慧无法拯救，勇气无法死战，对于义理来说已经缺失了！如果我背向北方去归降曹操，我是无法为之的！”众人都变色了。乌桓触说：“兴办大事，应该立大义。事情的成败，并不取决于一个人。既然韩珩有这样的决心，就听他自便。”于是推着珩将他赶出去。乌桓触便走出城迎接曹军的三路军马，径直来归降曹操。曹操非常高兴，提拔他为镇北将军。
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