之后袁谭率兵出城与曹军对峙。两军列好阵势后曹操出马用鞭子指着袁谭骂道：“我厚待你你为何却生异心？”袁谭回答说：“你侵犯我的领土夺取我的城池霸占我的妻子反倒说我有异心吗？”曹操大怒之下派徐晃出马迎战。袁谭则派彭安接战。两马相交不久徐晃便将彭安斩于马下。袁谭的军队败逃退入南皮城中曹操则派军四面围住城池。
袁谭感到慌张于是派辛评去见曹操请求投降。曹操说：“袁谭这小子反复无常我很难相信他。你的弟弟辛毗我已经重用了你也可以留在这里。”但辛评却回答说：“丞相你错了。我听说‘主贵臣荣主忧臣辱’。我长期以来一直侍奉袁氏岂能背叛他！”曹操知道辛评不可能留下来于是便让他回去了。辛评回到袁谭身边告诉他曹操不接受投降的消息后袁谭大怒责骂道：“你的弟弟现在在曹操那里效力你是不是也怀有二心啊？”辛评听到这话气得满胸都是怒火昏倒在地。袁谭让人把他扶出去不久就死了袁谭对此也感到后悔。
郭图对袁谭说：“明天我们把所有百姓都驱赶在前面军队跟在后面与曹操决一死战。”袁谭采纳了他的建议。当天夜里他们就把南皮的所有百姓都驱赶起来让他们手持刀枪听候命令。第二天早上他们打开四座城门让军队跟在百姓后面一起呐喊着一齐冲出城去直扑曹军的营寨。两军混战在一起从早上一直打到中午胜负未分战场上到处都是被杀死的人。曹操看到战斗没有取得全胜便弃马上山亲自击鼓助威。将士们看到这一幕都奋力向前冲锋袁谭的军队大败无数的百姓被杀害。曹洪奋勇突入敌阵正好迎上了袁谭他挥刀乱砍最终将袁谭斩杀在阵中。郭图看到战阵大乱急忙逃入城中。乐进看见了立刻拉弓搭箭射去一箭射中了郭图他连人带马都掉进了城壕里。
曹操率军进入南皮城后安抚百姓。突然又有一支军队来到是袁熙的部将焦触和张南他们率领的。曹操亲自率军迎战但这两位将领却倒戈卸甲特地前来投降。曹操封他们为列侯。同时黑山的贼首张燕也率领十万大军前来投降曹操封他为平北将军。
曹操下令将袁谭的首级悬挂起来示众，并严厉警告任何敢哭的人都会被斩首。首级被挂在北门外，这时有一个人穿着布制的衣冠，披着麻衣，在袁谭的头颅下痛哭。曹操的手下将他拿来见曹操，曹操问他是谁，原来他是青州的别驾王修。因为曾向袁谭进谏而被驱逐，现在知道袁谭已死，所以特地来为他哭泣。
曹操问：“你知道我的命令吗？”王修回答：“知道。”曹操又说：“你不怕死吗？”王修回答：“我生前接受了袁谭的任命，他死后我不为他哭泣就不合道义。怕死而忘了道义，怎么能在世上立足呢？如果能让我收葬袁谭的尸体，即使被杀我也无怨无悔。”曹操感叹说：“河北的义士怎么这么多啊！可惜袁氏不能用他们！如果能用，我怎么敢正眼看这里呢！”于是，他命令收葬袁谭的尸体，以礼待王修，并任命他为上宾，担任司金中郎将。
接着，曹操问王修：“现在袁尚已经投靠了袁熙，应该如何对付他们？”王修没有回答。曹操称赞他是忠臣，并转而询问郭嘉。郭嘉建议：“可以让袁氏的降将焦触、张南等人去攻打他们。”曹操采纳了这个建议，随即派遣焦触、张南、吕旷、吕翔、马延、张顗等人，各率本部兵马，分三路进攻幽州；同时，又派李典、乐进联合张燕攻打并州的高干。
当袁尚和袁熙得知曹军即将到来时，他们知道难以抵挡，于是决定放弃城池，连夜逃往辽西投奔乌桓去了。幽州刺史乌桓触聚集了幽州的官员们歃血为盟共同商议背叛袁氏投降曹操的事宜。在歃血的过程中轮到了别驾韩珩时他却将剑扔在地上大声说：“我受到袁公父子的深厚恩德现在主公败亡了我既没有智慧去救他也没有勇气去为他死这已经是违背道义了！如果我再去投降曹操那我就更不能做了！”众人都被他的言辞吓得变了脸色。但是乌桓触却说：“做大事应该秉持大义事情的成败不取决于一个人。既然韩珩有这样的志向那就随他去吧。”于是他们推走了韩珩并让乌桓触出城迎接曹军的三路兵马直接投降了曹操。曹操非常高兴并加封乌桓触为镇北将军。
然而突然有探马来报说：“乐进、李典、张燕攻打并州时高干坚守在壶关口无法攻下。”曹操决定亲自率兵前往。三将迎接他并告诉他高干据守关隘很难攻打。曹操召集众将共同商议破敌之策。荀攸建议说：“要打败高干必须使用诈降的计策才行。”曹操同意了他的意见并叫来降将吕旷、吕翔低声吩咐他们如此这般行事。吕旷等人率领数十名士兵直抵关下大喊：“我们原本是袁氏的旧将不得已才投降了曹操。但是曹操为人诡诈刻薄对待我们所以我们现在决定回归旧主。请你们赶快打开关门接纳我们。”高干开始并不相信只让吕旷、吕翔二人上关说话。二人卸甲弃马进入后对高干说：“曹军刚到军心未定今夜我们可以去劫营。我们愿意打头阵。”高干大喜同意了他们的计划。当晚他让吕旷、吕翔二人打头阵率领万余名士兵前去劫营。然而当他们接近曹营时背后突然喊声大震伏兵四起。高干知道自己中计了急忙逃回壶关城但乐进、李典已经夺下了关隘。高干只得夺路而逃去投奔单于。曹操率兵守住关口并派人追击高干。高干逃到单于的领地时正好遇上了北番的左贤王。他下马拜倒在地说：“曹操正在吞并我们的领土现在他还想侵犯您的领地请您一定要救援我们共同复国以保卫北方。”然而左贤王却说：“我和曹操没有仇怨他怎么会侵犯我的土地呢？你是想让我和曹操结怨吗？”说完他喝退了高干。高干无路可走只得去投奔刘表。但是当他走到上洛时被都尉王琰所杀并将他的首级送给了曹操。曹操封赏王琰为列侯。
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