七月，曹操亲率大军赶往关中，坐镇长安，以便随时指挥汉中战局。同时，边塞硝烟再起，曹操命曹彰、田豫北征，大破乌桓鲜卑联军。
建安二十四年（219年）正月，刘备自阳平关南渡沔水（今汉水），依山而进，驻军于定军山（今陕西勉县东南），夏侯渊出兵与刘备争夺地势，被黄忠斩杀，曹军大败。
之后，曹操亲率大军来夺汉中，但是刘备坚壁不出，曹军与刘备军相距数月，无利，遂放弃汉中。
建安二十四年（219年）七月，曹操刚刚从汉中撤出，刘备大将关羽就从荆州向他的东南防线襄、樊一带发动了进攻。
曹操闻知，立刻派大将于禁率兵往救樊城。八月，关羽乘洪水泛滥之机，擒于禁，斩庞德，乘势进军，将樊城围住。
时樊城曹军只有数千人，城被水淹，水面离城楼仅有数尺，曹仁率军死守。曹操又派徐晃领兵去救樊城。十月，曹操从关中赶到洛阳，亲自指挥救援樊城。
孙权因关羽处其上游，不愿意让关羽势力发展，且他早有攻取荆州之心，于是联结曹操，准备以大将吕蒙偷袭荆州要地江陵。
曹操接到书信后，将这一消息通知曹仁，命他继续坚守，自己进至摩陂（今郏县东南），临近指挥，又派兵十二营增援徐晃，命他反击关羽。
经过恶战，关羽大败而走。不久，吕蒙偷袭江陵得手。关羽撤往益州，路上被孙权军擒杀，孙权将关羽的首级送到许昌，曹操以诸侯之礼安葬，襄樊战役结束。
曹操在孙权擒杀关羽、取得荆州后，表孙权为骠骑将军、荆州牧。孙权遣使入贡，向曹操称臣，并劝曹操取代汉朝自称大魏皇帝。
曹操将孙权来书遍示内外群臣，说：“是儿欲踞吾着炉火上耶！”
曹操手下群臣乘机向曹操劝进。曹操自己还不想废献帝自立，他说：
“若天命在吾，吾为周文王矣。”
建安二十五年（220年）正月，曹操还军洛阳。当月，病逝在洛阳，终年六十六岁，谥曰武王。
他临死前留下《遗令》。根据曹操的遗嘱，他于二月廿一丁卯日（4月11日）被安葬于邺城（今河北邯郸临漳县）西郊的高陵。
十月，魏王曹丕取代汉朝，自立为皇帝，国号魏，追尊曹操为武皇帝，庙号太祖。
曹**了，何须论其英还是奸，无论曹操是英雄是奸雄，其都是雄，这是无法否认的，在历史上，不仅是他的武功，更是他的文治，才成就了他的“雄”。
在东汉末年的军阀混战中，黄淮流域社会经济遭到空前的破坏，百姓遭屠，土地荒芜，幸存者被迫离乡背井，流落他方。可谓“名都空而不居，百里绝而无民者，不可胜数”，“白骨露于野，千里无鸡鸣”。