所幸，曹军迎来了一位关键的人物-田畴。素闻曹操麾下法令严明、境内安定的田畴带着对乌桓杀戮士民的厌恶来到了曹营，为曹操指出了一条西汉时期就已荒芜的古道，可以直插敌人心脏。大喜过望的曹操当即明面立牌谎称回师，暗地里却轻装简行亲随先头部队和一众猛将千里奔袭。八月，直到曹军急行军到距离柳城不足二百里的白狼山附近，袁尚、袁熙与蹋顿单于、辽东单于楼班、右北平单于"能臣抵之"才仓皇集结起数万骑向西迎敌。
此战，以张辽为统帅，而以徐晃、张郃、张绣、鲜于辅、阎柔、曹纯等众多猛将辅之。
曹操一展雄主风采，亲上高台观望乌桓军势，在"左右皆惧"的情况下毅然决然地将指挥大权交由张辽。没有辜负他的期望，在张辽沉着指挥而徐晃、张绣等猛将奋勇当前以及麾下精锐虎豹骑的共同努力下大破联军，根本没有了仍在跋涉的主力重装步兵的发挥余地。据《三国志》记载"斩蹋顿及名王已下，胡、汉降者二十馀万口"。上下同心的曹军获得了空前的胜利。
也正是此次战役后，曹操将众多乌桓民众迁往内地进行汉化，填补战乱中巨大的人口损失，同时也收获了一支精锐的三郡乌桓铁骑。兴高采烈的曹操也正是在此次返程的途中经过碣石，作下了脍炙人口的《观沧海》。而实力大削的乌桓部落也在之后的时间里为鲜卑、汉族所同化，正式退出了历史的舞台。
