曹操一路奔逃，还未回到军营，众将还未见到曹操的身影，都心急如焚，惶恐不安。曹操回到军营后，尽管身负伤痛，却强撑着身体，亲自慰劳将士，鼓舞士气。他命令军中士卒迅速制造攻城器械，准备再次向吕布发起进攻。此后，曹操与吕布在濮阳对峙了一百多天。然而，祸不单行，这期间，蝗虫肆虐，大片农田遭到破坏，百姓陷入严重的饥荒之中。吕布的军队也面临着粮食短缺的困境，双方都难以支撑，最终各自引兵退去。

这年秋九月，曹操率军回到鄄城。吕布则退到乘氏，却在这里遭遇乘氏县人李进的袭击，被打得大败，无奈之下只能向东逃窜，屯驻在山阳。此时，袁绍见曹操处境艰难，便派人前来劝说曹操，希望能与曹操联合。曹操刚刚失去兖州，军中粮食也已告罄，在困境之下，他一度想要答应袁绍的提议。关键时刻，程昱极力劝阻曹操，曹操冷静思考后，听从了程昱的建议，拒绝了袁绍。冬十月，曹操率军来到东阿，暂时在此休整，积蓄力量，等待东山再起的机会。

兴平元年，这一年的兖州大地被灾难的阴影所笼罩，粮食价格飞涨，一斛谷竟卖到五十多万钱，百姓生活陷入绝境，甚至出现了人吃人的惨状。在如此艰难的情况下，曹操不得不裁撤掉新招募的吏兵，以缓解军中粮食短缺的压力。

与此同时，徐州牧陶谦因病去世，刘备顺势接管了徐州。

兴平二年春天，曹操决定对定陶发起突袭。当时，济阴太守吴资据守南城，曹操久攻不下。就在此时，吕布率军赶来救援，曹操果断迎战，再次击败了吕布。

夏天，吕布的部将薛兰、李封屯驻在钜野。曹操得知消息后，立即挥师进攻。吕布急忙出兵营救薛兰，然而在曹操的猛烈攻击下，薛兰战败，吕布见势不妙，仓皇逃走。曹操乘胜追击，斩杀了薛兰等人。吕布不甘心失败，他又从东缗与陈宫率领一万多人前来与曹操决战。当时曹操的兵力相对较少，但他足智多谋，提前设下埋伏，然后派出奇兵突袭。这一战，曹操大获全胜。据《魏书》记载，当时曹操的士兵大多外出收割麦子，留守的士兵不足千人，军营的防御也较为薄弱。曹操当机立断，让妇女们登上城墙守卫，自己则率领全部兵力出城迎敌。在军营西边有一道大堤，大堤南边树木繁茂，幽深静谧。吕布率军来到此处，心中起疑，担心有伏兵，于是对部下说：“曹操诡计多端，我们千万不要中了他的埋伏。”说罢，便率军在南边十多里处屯驻下来。第二天，吕布再次率军前来。曹操将士兵隐藏在大堤内，只派出一半兵力在堤外。吕布见状，继续进军。曹操先派轻装士兵上前挑战，双方交战不久，隐藏在大堤内的伏兵迅速杀出，步骑兵协同作战，向吕布的军队发起猛烈攻击。这一战，曹操不仅大破吕布的军队，还缴获了他们的战鼓和战车，一直追到吕布的军营才凯旋而归。

吕布在夜间趁乱逃走，曹操抓住战机，再次发起进攻，成功攻克定陶。随后，曹操分兵平定了定陶周边的各个县。吕布走投无路，只好向东投奔刘备。张邈追随吕布而去，他让弟弟张超带着家属退保雍丘。

这年秋八月，曹操率军包围了雍丘。冬十月，汉献帝正式任命曹操为兖州牧。到了十二月，雍丘城在曹操的长期围困下终于崩溃，张超见大势已去，自杀身亡。曹操下令将张邈的三族全部诛杀。张邈前往袁术处求救，却被袁术的部下所杀。至此，兖州之乱被彻底平定，曹操随后挥师东进，攻略陈地。

也是在这一年，长安城内陷入混乱，汉献帝被迫东迁。在东迁的途中，汉献帝的队伍在曹阳遭遇惨败，无奈之下只能渡河，前往安邑暂避。