当时天下纷乱，先是发生了冀州刺史王芬联合南阳许攸、沛国周旌等地方豪强，谋划废黜灵帝立合肥侯的事件 。王芬等人曾希望曹操加入他们，但被曹操拒绝，后来王芬事败自杀 。接着，又有西北金城郡（今兰州）的边章、韩遂杀死刺史和太守，率兵十余万反叛朝廷 。
公元188年（中平五年），汉灵帝为巩固统治，设置西园八校尉，曹操因其家世被任命为八校尉中的典军校尉 。
陈留起兵
公元189年（中平六年），太子刘辩登基，何太后临朝听政 。大将军何进想趁灵帝逝世、宦官失侍之机诛灭阉党，但没有取得太后的支持 。于是何进便召时任并州刺史的董卓，胁迫太后同意 。然而此举打草惊蛇，董卓尚未抵达京城，何进已被宦官下手谋杀 。同年九月，董卓入京，执掌朝政，把汉少帝废为弘农王，而改立其弟陈留王为汉献帝，又派人把弘农王母子毒死，自称太师，专擅朝政 。曹操见董卓倒行逆施，不愿与其合作，遂改易姓名逃出京师洛阳（今河南洛阳东） 。曹操到陈留后，“散家财，合义兵”，且首倡义兵号召天下英雄讨伐董卓 。
公元190年（初平元年）正月，袁术等人共推渤海太守袁绍为盟主，曹操任代理奋武将军，参加讨董军 。二月，被联军击败的董卓胁迫献帝迁都长安（今陕西西安西北），自己则焚毁宫室，挖开王陵，劫掠人民，致使洛阳方圆200里荒芜凋敝无复人烟 。而关东联军惧怕董卓精锐的凉州军的战力，无人敢向关西推进，全都屯兵酸枣（今河南延津北）一带 。而曹操认为董卓应趁机与之决战，遂独自引军西进 。曹操行至荥阳汴水（今河南荥阳西南），与董卓大将徐荣交锋，因为士兵数量悬殊，曹操大败，士卒死伤大半，自己也被流矢所伤，幸得堂弟曹洪所救，幸免于难 。回至酸枣，曹操建议诸军各据要地，再分兵西入武关（今陕西丹凤东南），围困董卓，关东诸将不肯从 。关东诸军名为讨董卓，实际各自心怀鬼胎，意在伺机发展自己势力 。不久，诸军之间发生摩擦，相互火拼 。联合军至此解散 。
公元191年（初平二年），曹操在东郡大败于毒、白绕、眭固、於扶罗等，袁绍表其为东郡太守 。
公元192年（初平三年），青州黄巾军大获发展，连破兖州郡县，阵斩兖州刺史刘岱 。济北相鲍信等人迎曹操出任兖州牧 。曹操和鲍信合军进攻黄巾 。鲍信战死 。曹操“设奇伏，昼夜会战”，终于将黄巾击败 。当年冬天，获降卒三十余万，人口百余万 。曹操收其精锐，组成军队，号青州兵 。又助袁绍打败刘备、单经及陶谦诸军 。
公元193年（初平四年）春天，曹操在匡亭六百里大追击大败袁术、黑山军、南匈奴 。徐州牧陶谦率军攻入兖州南部的任城，曹操率军征讨陶谦攻克徐州十余城 。
逐鹿中原
公元193年（初平四年）秋，曹操的父亲曹嵩来曹操处路上，被陶谦派兵杀害，曹操遂进兵徐州（治郯，今山东郯城），向东南扩展势力 。陶谦退守郯县 。不久曹操军粮将尽，撤围回军 。
次年夏，曹操再征徐州，略地至东海 。曹操征徐州期间，所过大肆杀戮，一路上“鸡犬亦尽，墟邑无复行人” 。东郡守备陈宫对曹操不满，于是与陈留太守张邈、张邈之弟张超、从事中郎许汜及王楷等同谋叛乱，迎吕布为兖州牧 。吕布为当时名将，先为董卓部将，后与王允定计诛杀董卓 。
当时只有鄄城（今属山东）和东郡的范（今山东范县东南）、东阿（今山东阳谷东北）两县尚在曹操掌握之中，分别由司马荀彧和寿张令程昱、东郡太守夏侯惇等坚守，形势异常危急 。曹操从徐州赶回，听说吕布屯于濮阳，遂进军围攻濮阳 。二军相持百余日，蝗灾大起，双方停战，曹操军还鄄城 。此时，曹操失去了兖州，军粮已尽，袁绍派人来劝说想让曹操投靠他，让曹操举家迁到邺县当人质 。曹操本打算答应袁绍，多亏程昱劝阻，曹操才打消这个念头 。
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