建安十二年（公元207年）五月，曹操出兵北征乌桓，七月出卢龙寨，东到碣石山，写了这首诗。北征乌桓，应该向北进军。卢龙寨在碣石山西北，不近海。"东临碣石"，不是向北进军，是向东南到碣石山去看海。原来《史记·秦始皇本纪》："三十二年（公元前215年），始皇之碣石。"秦始皇到过碣石山，刻石颂秦功德。相传汉武帝也登过碣石山，《汉书'武帝纪》："太初元年（公元前104年）十二月，东临渤海，望祠蓬莱。"可能是在这时登碣石山的。碣石既是望海的名山，所以曹操到了卢龙，特地向东南走，去登碣石山观海了。
曹操观海的第一个印象是"水何澹澹"，看到水波的摇荡。这时海上没有风，海水比较平静。接着看到海里的山岛，高耸着，上面树木丛生，百草丰茂，这时正在阴历七月，所以草木还很茂盛。这样写海上的山岛，跟秦皇汉武的登碣石山观海相比，很有意味。《秦始皇本纪》讲秦始皇到了碣石，"使燕人卢生求羡门、高誓"，就是循方士去求仙人。相传海上有仙山，仙人住在仙山上。秦始皇到了碣石，看到海中的山岛，就要派方土去求仙山，找仙人，求长生不死之药。再看《汉书·武帝纪》，汉武帝到了渤海边，"望祠蓬莱"。蓬莱指海中的蓬莱仙山，因为蓬莱山看不到，只好望空祭祠，也有蓬莱指海中的蓬莱仙山，因为蓬莱山看不到，只好望空祭祠，也有求仙人、找长生不死之药的意思。曹操就不同了。他看到海中的山岛，上面草树茂密。他不相信那是仙岛，也不相信那里有仙人居住，也不相信有长生不死之药。这点，可以从他这首《步出夏门行》的第四章《龟虽寿》中得到证明。他说："神龟虽寿，犹有竟时。腾蛇乘雾，终为土灰。"即神龟虽活得久，还是要死的。腾蛇像龙一样能兴云驾雾，是神物，也要死的。这样看来，他跟秦皇汉武登碣石求长生不死之药是不同的。他看到的海中的山岛，只是生着一片茂密的草树，不谈求仙的话，曹操这样写，他的《观沧海》，就胜过秦皇汉武的观沧海了。
曹操接着写大海的变化。"秋风萧瑟，洪波涌起。"海上起风了，萧瑟，形容风声。海上起风，大波浪涌起，写出大海的声势。"日月之行，若出其中，星汉灿烂，若出其里。"这四句极形容海的广大。刘勰在《文心雕龙·通变》里讲夸张声貌，在汉朝的辞赋里已达到极点。他举出司马相如的《上林赋》有"日出东沼，入乎西波"。马融的《广成颂》说："大明（日）出东，入乎西陂。"扬雄《校猎赋》说："出入日月，天与地沓（合）。"张衡《西京赋》说："日月于是乎出入。"可见形容地域的广大，都用日月在这里出入的话，所以曹操也加以借用，说："日月之行，若出其中。"曹操不同于前人的地方，再加上"星汉灿烂，若出其里"。这一加，也是结合秋天的景象，秋天的银河，特别光亮。后面两句是奏乐时唱的，与正文无关。
就《步出夏门行》这一首诗看，这一章《观沧海》写得最好。因为这一章是写海，既写了风未起时的海，又写了风起时的海，既写了海水，又写了海中的山岛；既写了白天的景象，又写了夜里的景象。话虽不多，写得却较全面。这是就写景物说的。在写景物中又有含义，是情景相生的。作者的情意没有点明，从景物中透露出来。从他写海的广大里，透露出他的广阔的胸襟。这里既有借用古人的话，又有新的创造，这也显出他在艺术技巧上的发展。
