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涼州既定，太祖分其為臧、涼二州，各設守牧。復南向征蜀，至漢中，太守張魯孤身來歸，太祖仍以其為守，以趙雲領一軍駐武都鎮之。將欲復前，忽聞漢帝為楊氏所惑，棄公卿皇陵東行，虎賁中郎將京澤從之，太尉劉虞阻於清明門，漢帝使侍中楊琦發矢殺之，遂逃南陽。太祖無奈，棄蜀地而還長安。
六年正月，群臣上表，以召公故事，議加太祖燕公，都督河北十一州軍事，實封遼西、右北平、漁陽、廣陽、涿五郡。太祖三辭乃受之。燕國肇基，立三相四台六部十二寺。七相之貴，漢武以來未始有也，天下轟傳，士林側目。有志之士，紛至沓來，鄴下為之不通。
四月，太祖三行表於南陽，諫漢帝回御長安，冀其希望於萬一，然終無所得，不得已遂興兵。曹操劉備，亦聯兵拒之。曹操操兵，劉備備糧。
五月，太祖以徐晃、張頜為先鋒，渡河拔白馬。操亦遣夏侯淵領五千騎進至延津。太祖察之，親率大軍圍獵，張遼陣斬淵。操退至濮水南立營，太祖亦進至水北，各擁十萬之眾，連營對峙。居有旬，思破敵之策，遂以婁圭統步卒守營，自將四萬騎西行，欲入司州，走中牟，直擊陳留，取操之背。至官渡，而操已修築營壘，固守以待。太祖嘆之，察其兵少，令眾將速攻，戰未畢，操已率大軍倍道來救。戰至昏，太祖軍漸勝，繼而大破之，殺傷無算。操軍曹純、曹休、呂岱、陳到、許褚、王必等，皆戰歿。然終不能克其壘，及天明，曹仁引兵三萬至，太祖亦收兵，於其北隔河築壘。操度量軍力，乃盡棄汴水以北，固守官渡。太祖亦移營至官渡，對峙如故。太祖自統御海內，芟夷髃丑，其行軍用師，大較依孫、吳之法，而因事設奇，譎敵制勝，變化如神。臨事又手為節度，從令者克捷，違教者負敗。與虜對陳，意思安閒，如不欲戰，然及至決機乘勝，氣勢盈溢，故每戰必克，軍無幸勝。一生用武，殊無敵手，唯曹操稍可相對也。
至九月中，戰愈酣，首相呂范長子扶死於戰中，太祖聞之不言。時仁皇帝未加冠，與諸近侍皆勞動於白馬，翌日皆充入官渡，左右皆震怖。忽聞關羽白衣渡江，取下邳，破周瑜。操聞之大驚，以無勝機，乃行險納黃蓋策，遣其詐降，自將八營設伏於烏巢，又遣七軍匿行往襲鄴城。太祖洞悉其謀，反擊而破之。北行七軍，匹馬無返。烏巢九營，死傷枕籍。曹劉名將，零落殆盡。操無奈棄官渡南遁，為呂布所賣，自剄於宛城白門樓外。太祖於許聞之，如喪肝膽，痛徹心扉，委中原全權於呂范，自返鄴城。漢帝聞操亡，南走江夏。
七年，徐庶刺蜀功成，蜀地歸降。時賈詡為首相，與太祖於銅雀台行七問七答，即後世所謂「銅雀問答」也，此大燕萬世之圭臬，而詡憑此為千載之名臣。
八年，三月。太祖至洛陽。廿七，呂范督全軍破劉備軍，備陣亡，匣首入洛，太祖以庶人禮葬之於北邙。劉表、孫權、士燮俱降，漢帝自江夏回御洛陽，車騎將軍京澤自沉於江。
五月庚寅，太祖受漢禪於洛陽北郊。冊曰：「朕在位十載，遭天下盪覆，幸賴祖宗之靈、忠臣用命，危而復存。然仰瞻天文，俯察民心，炎精之數既終，行運在乎公孫氏。是以燕公既樹神武之績，又光曜明德以應其期，歷數昭明，信可知矣。夫大道之行，天下為公，選賢與能，故唐堯不私於厥子，而名播於無窮。朕羨而慕焉，今其追踵堯典，禪位於燕公。」
太祖受命，踐天子位，建元。誡群臣曰：燕基初肇，朕心實慰。厥登大寶，榮寵是極。一夫之身，復何加焉？叩謝諸君，瀝血相隨。十載戎馬，死不旋踵。百僚有功，萬姓有德。皇考皇妣，相助傾家。二師厚恩，授德授力。吾兄吾弟，不離不棄。吾敵吾友，砥礪相長。天命人成，人定勝天。三代統緒，克開厥後。秦疆漢土，無競維烈。豪傑奮發，英雄振臂。玉成華夏，江山永續。英靈歸來，魂兮請饗！
太祖履皇帝位凡二紀，禪於太宗仁皇帝，自為太上皇，日以戲貓為樂。居十年，崩。葬泰陵。廟號太祖，諡曰「武」。
贊曰：桓靈無道，殘賊天下。漢失其鹿，四海共逐之。太祖幼年失怙，起於郡吏，以邊郡一武夫，凡數十載披荊斬礪，出生入死，不假他手，乃功成帝業。何以哉？或曰太祖長於軍略，勤奮武事，固無敵也。然董卓、孫堅，兵精將悍，非不能戰，卒身死於婦孺，無太祖之仁不得全其家。或曰太祖總攬英雄，求賢若渴，固成事也。然曹操、劉備，皆寬仁下士，天下稱賞。其得士也，與太祖參差。荀彧、魯肅，未弱於呂范、審配也；曹仁、周瑜，堪比於韓當、程普也。張飛之勇略，仿佛關羽；惇、淵之忠勤，似乎越、范。然抗於太祖，一敗而再，至於其三，英豪束手，俊傑殞命，此誠可嘆也！至於劉表、劉焉、袁紹、袁術等，更無能為。嗟夫，此世人知太祖之智勇，而未諳其仁也。太祖之仁，不樂世族，施於寒門，如科舉也；非為群僚，盡利百姓，如均田也。而廟謨之高遠，制度之淵深，非百年浸潤，不能明之。治定功成，制禮作樂。大興文教，傳播科學。傳之子孫，世有典則。是燕祚之長遠，倍於漢室，豈偶然哉？