但曹操与吕布的战争并不像想象的那么顺利。曹操攻下徐州后，吕布退守下邳。由于吕布勇猛，小小的下邳竟然攻了两个月也没攻下，曹操见将士疲惫且都害怕吕布之勇，想班师回许都，不少谋士都赞成，只有荀攸（荀彧之侄）和郭嘉坚持继续攻打。郭嘉说：吕布再厉害有项羽厉害吗？项羽大小七十余战都胜利了，但一朝失势于垓下，身死国亡，原因就是项羽多勇而少谋。曹操听从了二人的意见，私下问计于郭嘉。郭嘉亲自察看了下邳城的形势，向曹操献计挖开泗水、沂水灌淹下邳。于是，勇猛的吕布坐视下邳城被大水淹没，部下为了活命，趁吕布不防，绑了他向曹操请降。曹操把不可一世的吕布斩于白门楼，由此控制了黄河以南的大片地区。
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之后，曹操在陆续收拾了张绣、袁术、眭固等割据势力，解除了后顾之忧。其间，郭嘉一直跟随曹操出谋划策。曹操认为郭嘉可堪大用，上表封郭嘉为军师祭酒（高级参谋官）。
接下来，曹操不可避免地要与袁绍争雄。后世认为曹操与袁绍的军力相比大概是1∶10，其实有吹嘘之嫌，因为袁绍当时拥有青、并、幽、冀四州，手下全部兵力有几十万，但仅官渡之战来讲，曹操至少有五六万人，而袁绍的数十万人并没有全部集中起来。总体来说，当时的确是曹弱袁强，无论兵力和后勤补给都是如此。
打还是不打？曹操召集手下的谋士开会。荀彧叔侄是坚持打的，认为不灭袁绍无法打开局面，但更多的谋士提交了可行性研究报告，大致有以下几个要点：
一是袁军势力比我军强，手下谋士、武将如云，粮草充足，占据有利地势，而且拉拢了不少地方军阀，真打起来不仅不能取胜，还可能陷入灭亡的危险。
二是刘备逃脱后依附袁绍，虽然刘备本身没有什么战斗力，但他喜欢拿自己“皇叔”的身份说事儿，一些不明就里的民间武装力量会跟着他一起闹事反抗我军，也是一个威胁。
三是刘表据有荆州，兵马钱粮充足，如果我军与袁绍决战，刘表若派兵来犯，没有多余的兵力可以抵挡。
四是孙策继承了父亲孙坚好斗的基因，已经用武力平定了江东富庶之地，一直有争霸中原的志向，若在曹袁两军胶着时偷袭许都，根本无法求援。
五是西凉马腾、韩遂骁勇善战，随时都有可能进军中原。
这个会议开了很长时间，争论很激烈。曹操是一代枭雄，他的心腹细作早已查明，不少手下已经悄悄向袁绍递送书信献媚，想为自己留条后路。三国时期，与春秋战国有相似之处，就是有才能的人可以随时跳槽，因为诸侯多、“国家”多，此处不留爷自有留爷处，不像后世天下较为统一，只有一个国家，除非投奔外番，否则只能向一位老板效力。曹操心知肚明，他想打袁绍，不仅是出于战略上的考虑，更因为内部建设出现了危机，如果处理不好，队伍就会从内部分崩离析。
那么，曹操当时最需要的就是有人出来力挺他。挺他，并不是言行上的恭敬顺从，而是统一全军的思想，特别需要有说服力的观点来整合高级管理层，让他们看到胜利的希望，为曹军树立打败袁绍的信心。
在关键时刻，郭嘉站出来了。他非常明白曹老板的用意，以“十败十胜”为题作了演说，将袁绍必败和曹操必胜作了强烈的对比。这篇演说稿，成为曹操攻伐袁绍的纲领性文件，产生的影响是巨大的，也使郭嘉在谋略行当的地位得以树立。其主要内容如下：
第一是道胜。袁绍是世族军阀，礼仪繁多而杂乱，为形式所羁；明公赏罚分明，因时因地因人而施展相应的策略，所以与时俱进，遵循了自然之道，非袁绍可比。
第二是义胜。袁绍虽然兵多，但师出无名，所有的行动都是“逆天”而行；明公拥立天子，是汉室正统，率兵平定天下合乎道义，袁绍出兵就是犯上作乱。
第三是治胜。先前宦官当道、董卓为乱，主要是政令太过宽松，而袁绍仍然任由世家望族欺压百姓；明公着重打击豪强，所到之地推行吏治，百姓十分拥戴。
第四是度胜。袁绍外表宽厚而内心多猜忌，任人唯亲；明公以大海般的心胸广纳天下贤才，任人唯贤，且量才任用，在气度胸襟上远胜袁绍。
第五是谋胜。袁绍表面上亲近谋士，但事到临头却优柔寡断，不用谋士之言；明公有识人之能，听得进意见，处理军机非常果断，善于随机应变，袁绍望尘莫及。
第六是德胜。袁绍沽名钓誉，喜欢受到吹捧，所以跟随他的人没有几个有真本事；明公以诚待士，尊敬贤才，疏远小人，严谨俭朴，特别务实，所以身边都是能人。
第七是仁胜。袁绍有妇人之仁，见到饥饿的人就表现出怜悯，但看不到就不管了；明公则重视发展生产，安定百姓，让治下百姓得到实惠，远胜袁绍假仁假义。
第八是明胜。袁绍喜欢听小道消息，偏听偏信，手下人喜欢窝里斗；明公则明辨是非，用法纪制约全军，有意见说在明处，所以志能之士都愿奉献自己的力量。
第九是文胜。袁绍不辨是非，驭军没有法纪，对部下没有感情，愿意为他卖命的不多；明公体恤士卒，将士们都遵守纪律，愿意追随明公平定天下解救百姓，不怕牺牲。
第十是武胜。袁绍根本不懂用兵之道，喜欢虚张声势，以为人多就可以取胜；明公深通兵法，善用精兵而不用散兵，所以往往以少胜多，敌人无不闻风丧胆。
郭嘉不愧是心理学大师。他从两军主帅的性格和做事方式出发，深入浅出地分析了袁、曹两军的状况，巧妙回应了大家讨论的焦点——兵力的问题。曹操本来是想让他出来给大伙儿打打气，未料他竟然整出了“十条”，自己信心也大增。但他还是问：如果孙策、刘表、马腾、刘备这些人趁机捣乱怎么办？郭嘉的回答很简单：他们都在观望二虎相斗，只要全力战胜袁绍，这些都不是问题。天下的局势处在变化当中，要根据实际情况才能做出相应的策略，而不是用防守的方式等待别人进攻。
在这种情势下，曹操决心平灭袁绍。建安五年（公元200年），两军在官渡对峙，一场生死之战就要打响。不出谋士们所料，勇猛的孙策在这个当口制订了偷袭许都、把小皇帝抢过来号令天下的计划。情报传到曹操帐中，曹操跳起来直骂娘。现在袁绍逼得他毫无还手之力，孙策这一刀捅得他直翻白眼，一干谋士抓耳挠腮想不出办法。就在这个时刻，郭嘉站出来说：明公不要分心，我料孙策此举只能半途而废，根本构不成威胁。
此言一出，别说那些同僚觉得匪夷所思，就是曹操也不相信。曹大老板问郭嘉：奉孝怎么如此肯定？郭嘉说：我是从孙策的为人和秉性得出结论的。孙策这个人狂妄自大，下手狠毒，在引兵征服江东时，杀了很多英雄，这些英雄的亲信深恨孙策不行仁义、赶尽杀绝，念念不忘要为主人报仇。如果孙策是个为人谨慎的人倒也罢了，偏偏他自认为天下无敌，经常带几个随从就去山中打猎。他这样疏于防备，与一个人只身独行有什么区别？我观他必死于刺客之手。
曹操听了，将信将疑。但就在当年四月，孙策在出外狩猎时遭遇刺客围击，身中毒箭而亡。曹操与众谋士大为惊诧，深服郭嘉所论。
由于袁绍不听谋士田丰之言，加上许攸投诚曹操，当了“带路的汉奸”，袁绍在官渡一败涂地。
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实际上，官渡之败后袁氏还有很强的力量，但袁绍心胸狭窄，输不起，不久就吐血身亡了。袁绍的小儿子袁尚继承了父亲的基业，长子袁谭、次子袁熙仍然控制着黄河以北的大部分地区。曹操得胜，想乘胜追击，郭嘉劝曹操先养精蓄锐。曹操认为机不可失，何必要等？郭嘉说，我的好友郭图、辛评等人在袁氏那头任职，我非常清楚袁氏兄弟面和心不和，特别是袁尚是小儿子却继承了基业，兄弟之间出现了裂痕。如果现在我们去打他们，他们就会团结起来对付我们；如果我们不打，他们就会互相残杀。我们不如掉头向南，假装攻打刘表，腾出时间让袁氏兄弟窝里斗，等斗得差不多了再回头收拾他们。
曹操采用了郭嘉的计谋。袁氏兄弟见曹军走了，果然开始火并，争夺冀州，双方兵马都有大量损伤。袁谭兵败向曹操投降寻求保护，曹操大喜，先答应条件，再集中兵力攻打袁尚，袁尚兵败只好投驻守幽州的次兄袁熙。收拾了袁尚，曹操立刻翻脸，开始收拾袁谭并将其处死，尽收河北之地。接下来，袁熙、袁尚兄弟在幽州也待不住了，只得逃奔辽西乌桓（今辽宁省锦州一带）。
如果袁氏三兄弟团结协作，曹操纵使能拿下青、冀、幽、并四州，也会损兵折将，付出惨重的代价。但曹操采用了郭嘉的计谋，让袁氏兄弟相互消耗了战力，故而分化瓦解其战力，以最小的代价平定了北方大片土地，一跃成为当时最强的割据势力。郭嘉因屡出奇谋，被封为洧阳亭侯。
对于潜逃关外的袁尚、袁熙，曹操手下多数人认为没必要再出关远征，原因有二：一是当时乌桓首领蹋顿单于兵强马壮，深入东北恐有不测；二是劳师远征，又聚了不少兵马的刘备极有可能联合刘表袭击许都。曹操拿不定主意，又向郭嘉问计。郭嘉力排众议，认为必须远征乌桓，理由如下：
一是青、冀、幽、并四州虽然归附，但只是迫于武力，明公并没有给他们什么恩惠，如果现在掉头南征，尚未稳定的四州必然会引袁尚联合蹋顿单于来“收复失地”，袁家在四州根深叶茂，如不斩草除根，四州就会得而复失。
二是北方胡人一直不服中原，历来都对中原形成巨大威胁，又与袁家交往深厚，如果不能压服他们，北方就永远不得安宁，那么将来南征就有后顾之忧，必须趁现在兵锋正盛彻底解决北方的问题。
三是刘备虽然又在招兵买马，表面也与“同宗”刘表有联络，但刘表是个坐而论道、纸上谈兵的空想家，胆子又小，自知才能不如刘备，最怕的是刘备抢他的地盘，哪里还会与刘备联合偷袭许都？明公完全不必担心会出现这种情况。
曹操听了大喜，坚定了平定北方以固根本的决心。
大军行至易县（今河北省雄县西北），郭嘉觉得曹军行动过于迟缓，就对曹操进言道：当年王翦攻赵地，选出军中精锐，一举而下数城。兵贵神速。如今我军千里袭击，军队辎重过多，不利长途奔袭，不如挑选精锐，乘敌人不备而长驱直入。曹操当即采纳，选出军中能战之士，组成骑兵部队，马不停蹄直奔蹋顿老巢，令大将张辽为先锋，在白狼山与蹋顿单于交战。蹋顿单于不敌被斩，乌桓及汉人投降二十万人。袁尚、袁熙兄弟仓皇逃走，投奔辽东太守公孙康。
曹操正要起兵再追，突然接到郭嘉送来的书信，就勒兵不进。原来，郭嘉在进军乌桓的途中因水土不服，再加上多年来身体不好，竟一病不起。他担心曹操战胜蹋顿单于后仍要进兵辽东，就来信对曹操说：公孙康的父亲公孙度是一位忠于朝廷的太守，公孙康子承父业后仍忠于汉朝，但袁绍一直想吞并公孙康，所以公孙康是怀恨袁氏家族的。如今二袁投公孙康，如果明公起兵强攻，公孙康必然奋起反抗，辽东地大物博，极难取胜，不如按兵不动，派使者封公孙康官职，一者可让公孙康安心为明公守卫北边之地，二来也让二袁有去无回。
曹操按计行事。果然，公孙康得到曹操的书信后，当即把袁尚、袁熙斩首，向曹操献上人头。曹操不费一兵一卒，收服公孙康，平定辽东。随即上表封公孙康为康襄平侯，把守东北大门。
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但就在这时，郭嘉未能扛过疾病，病逝在征途之中，终年三十八岁。曹操闻听，大放悲声，对荀攸、张辽等人说：诸君年龄和我差不多，唯奉孝最小。我本想等战乱平定之后，把身后的事业托付给奉孝，不料他竟英年早逝！他当即向汉献帝上书，请给郭嘉追增封赏。表文中说：已故军师祭酒洧阳亭侯郭嘉，忠贞善良，智高德美，体通性达。每逢讨论大事，众说纷纭，他能一针见血，一语定音，处理恰当，动无遗策。自在军旅之间，随臣一起东征西讨十有一年，擒吕布，取眭固，斩袁谭，平定河北，越险塞，扫荡乌桓，威震辽东，铲平袁尚，其功高盖世……汉献帝哪敢对曹操说半个不字？于是封给郭嘉后人食邑一千户，追谥郭嘉为贞侯。后来，郭嘉因与曹操知遇，其灵位伴随曹操，在庙庭中同享人间香火。
在曹操诸多谋士中，唯郭嘉最了解曹操，二人关系亲密，犹如朋友一般。在枭雄曹操手下能获得如此信任，在纷乱的东汉末年能每计必胜，实在令人敬佩。