与之前的白马义从相比，曹纯所率的这支骑兵部队，无论是士兵人数，还是马匹精良程度，皆不如公孙瓒军。因此曹操明智的选择了弓弩作为该部队的唯一武器，专令曹纯致力于袭扰，切勿与黄巾军主力正面决战。——这也正是昔日霍去病最擅长的奇袭之法；与之同时，曹操又令人携书知会盟友袁绍，请他出兵，南下相助。

袁绍对青州垂涎多时，既见曹操与黄巾军在兖州大战，青州一带空虚，随即上表朝廷，拜部下臧洪为青州刺史，率河北军万余人南下。臧洪抵达青州后，轻易夺取了只有少数老弱看守的黄巾军营地，截断了数十万黄巾大军的退路。黄巾军首领到这时，才发现处境有些不妙，于是被迫收起此前的骄傲心理，倾尽全力围攻昌邑。曹操对此早已有备，他令数千名擅射的中等兵士占据城头，日夜不停地朝城下射箭，黄巾大军历时数月，发动了多次冲击，始终未能攻下城池。

久而久之，远道而来的黄巾军粮草渐渐告罄，又要提防曹纯方面无休无止的袭扰，被迫大举撤退。在其首领的带领下，数十万黄巾将士拖家带口，试图在昌邑以北的济北国扎下根来。曹操探知此事后，召集各郡太守，商议道：“济北国，正是鲍信昔日镇守之地；我曹操受其救命之恩，岂敢让济北国子民沦落于叛军之手！”于是他下令曹纯，当先率军向北追击；自己统帅各郡太守，数万之师，尾随其后。

一路上，曹军但凡与黄巾军相遇，只凭借弓弩之利，远远射杀，从不逞勇斗狠，与之贴身近战。因此黄巾军人数固然极多，却被曹操追得队列全无，只得齐齐汇聚至一山谷之下，苟延喘息。曹操追击至该地，查看过周遭地势，决定效仿昔日段颎大破东羌之法，一边令下等兵士在山谷外围挖掘壕沟，防止其突围；一边就令剩余人马占据各处山头，封锁其上山要道。黄巾将士也是识货的，见曹操咄咄逼人至此，许多人出于极度的畏惧，忍不住嚎啕大哭。黄巾军首领无奈，只得遣一人下山，试着向曹操求降。

“刺史大人，今黄巾叛军尚有三十余万，向我军投降，不知当如何处置？”得知黄巾军有求降之意，一部下急忙向曹操汇报。

曹操身侧，夏侯惇、夏侯渊二兄弟都在当场，听得这事，便建议曹操道：“昔日黄巾叛贼被围于下曲阳、宛城之时，也曾向皇甫嵩、朱儁二人求饶，结果那二人悉数杀之，终平定黄巾之乱。况且此等流寇，素来战力薄弱，又不能遵守军纪，依我等之见，不如……”

曹操摆摆手，说二人道：“当今天下，群雄并起，我曹操虽暂据兖州，但麾下各郡太守与我交好者不过张邈等区区一二人，一旦有变，何以制之？今得此数十万之众，恰好为我所用！”于是不容夏侯兄弟再劝，传令下去：教将士们收起强弓劲弩，集体后撤，放黄巾将士一条生路。黄巾军出谷之后，目睹曹操仁义，皆甘愿投效。曹操遂挑选其中精壮强健者数万人，交付于夏侯惇统领，是为“青州兵”；其余老弱之辈，或用于耕织，或用于冶铁，或遣还乡里，也皆安置妥当。从此，曹操势力日渐强大，各方豪杰慕名赶来投效者，不计其数。

时有一人，名叫荀彧，颍川人士，本是袁绍之臣。他见袁绍固然实力强大，名望传遍海内，但料定其不能成事，因此南下兖州，投奔曹操。曹操与之详谈后，当场赞道：“此是我之张良。”遂用荀彧为别部司马（相当于副校尉），入职军中。又有一人，名叫程昱，兖州东阿人士，之前刘岱出任兖州刺史时，数次征召程昱，程昱不肯为其所用，一直隐居乡里。等及刘岱死后，曹操继任为兖州刺史，也征召程昱为官，程昱数日内即赶到军中，愿作曹操臣属，曹操用之为县令；又有一人，名叫毛玠，陈留人士，原本躲避战乱于荆州，不肯臣服于刘表。如今听闻曹操大破三十余万青州黄巾，又不枉害一人，也北上兖州，愿为曹操效力。曹操询问其治理兖州之策，毛玠回道：“在微臣看来，主公若想成就一番大业，不过四点而已：其一，兵行仁义，可保证我军百战百胜；其二，鼓励工商，可保证我军财源充沛；其三，尊奉天子，可保证我军征讨四方，师出有名；其四，勤于农桑，可保证我军粮草、物资等一概不缺。”

这一番见解，与当日沮授说袁绍之辞，有异曲同工之妙。曹操听后大喜，用毛玠为治中从事，辅助其管辖境内；并安排使者携带礼物前往长安，朝见于汉献帝。