曹操明白荀彧心中所急。自己如今處境艱難，如果袁紹的援軍趕到，擊敗了黃巾軍，自己這個兗州牧也就做到頭了。
現在袁紹對自己非常不滿，甚至可能心懷怨恨之意，起因就是因爲自己失信於袁紹，沒有實現自己的諾言，殺了張邈。
當初曹操聽從了荀彧的建議，要南下兗州圖謀王霸之業，力圖重振社稷。但當時他已經答應了袁紹，要和袁紹一起殺進洛陽，如果突然反悔，必定會引起袁紹的誤會。所以曹操就說了一個讓袁紹非常高興的理由，那就是幫助袁紹殺了張邈。張邈如果在兗州各郡大吏的支持下，趁機自領兗州牧，佔據兗州，勢力必定會迅速膨脹，這對袁紹的威脅非常大。
袁紹信以爲真，果然一口答應了。他和曹操相約，殺了張邈後，立即以“承製”之命，讓自己的堂兄袁微代領兗州牧。
曹操回到兗州東郡的濮陽後，正準備趕到陳留和張邈相見，兗州府的治中毛玠和功曹陳宮到了。兩人本來要到河內請曹操回援兗州的，看到曹操回來了，非常高興。毛玠和陳宮都是曹操的好友，這次聯袂北上，真正的目的是想請曹操趁着這個難得的機會佔據兗州，圖謀霸業。
但曹操此時又猶豫了。因爲當前的形勢對曹操來說，惡劣之極。河北之地遲早要給李弘佔據，關東和荊、豫之地馬上就是袁紹的天下，兗州處在中原中心。黃巾之禍一年比一年厲害，想通過佔據兗州來圖謀霸業，成功的可能小之又小。另外，自己一旦佔據了兗州，就要和李弘、袁紹翻臉，在這兩股強大勢力的夾擊之下，自己要想生存發展，似乎有點癡人說夢。曹操認爲，自己的目的是要儘早平息戰火，穩定社稷，中興大漢，而不是讓大漢走向覆滅。所以從當前的形勢來看，和袁紹緊緊地站在一起最爲可靠，最能節省中興社稷的時間。
毛玠和陳宮不同意曹操的看法。袁紹拒不承認當今天子，和我們拯救社稷之策有天壤之別。將來無論是讓李弘控制了天子，還是讓袁紹重建了皇統，大漢都要傾覆。毛玠隨即就當前的天下形勢和各地州郡大吏做了一番深刻的分析。最後他告訴曹操，拯救社稷首先要強大自己的實力，但強大自己必須要師出有名，要在尊奉當今天子這個“大義”的情況下儘可能尋求各方的支持和幫助。“宜奉天子以令不臣，修耕植，畜軍資，如此則霸王之業可成也。”
曹操其實和他們在如何拯救社稷的觀點上是一致的。早在年初的時候，他就和張邈有頻繁的書信往來。曹操肯定所謂的“中間道路”，在尊奉當今天子的前提下，圖謀王霸之業，然後殺進關中，勤王興漢。但面對滿目瘡痍的兗州，面對經歷了四年戰禍已經殘破不堪的兗州，曹操實在沒有半點信心。
荀彧說話了，“如果兗州現在是完整的，大人能否得到兗州？”
曹操苦笑。如果兗州現在還是完整的，哪裡輪得到他？早被袁紹順勢而下，自領兗州牧了。
荀彧笑道：“那大人還猶豫什麼？等到袁紹佔據了洛陽，擊敗了袁術後，兗州就是袁紹的囊中之物了。”
毛玠也勸道，“如果李弘穩定了冀州，袁紹穩定了關東，大人就沒有選擇餘地了，只能眼睜睜地看着大漢轟然倒塌。”
曹操別無選擇。
毛階、陳宮隨即急赴昌邑，勸說兗州府的其它從事掾屬擁戴曹操爲兗州牧。
同時曹操也派荀彧、任峻等人急赴濟陰、任城等地，爲其遊說濟北相鮑信、濟陰太守吳資、任城相鄭遂等州郡大吏和各地的門閥世族。沒有這些郡縣大吏和門閥的支持，他即使做了兗州牧也沒人睬他。
曹操自己親率大軍急赴陳留。
張邈也想利用這個難得的機會自領兗州牧，但兗州的現狀讓他非常猶豫。黃巾軍勢力太大，依靠兗州各郡的力量，短時間很難平定。袁紹最近被李弘趕出了冀州自身難保，袁術、袁譚叔侄又打得不亦樂乎，朱儁、徐榮在關西戰場上，沒人可以幫自己，兗州看樣子保不住了。想來想去，他還是把主要精力放到了揚州。如果自己能佔據揚州，不但可以避免中原各勢力之間的大戰，保存實力，還可以利用揚州充足的糧食來有效牽制和打擊中原各方勢力。
這時曹操到了，曹操說自己來借點糧食，然後率大軍趕赴前線攻擊黃巾軍。接着他把王匡死了的消息告訴了張邈，說你和王匡要合謀對付袁紹的事，已經被袁紹知道了，這次袁紹讓自己南下，一是爲了平叛，二是要趁着平叛的機會把張邈殺了。
張邈大怒，痛罵袁紹，對曹操非常感激。曹操說，袁紹想霸佔兗州，有意讓袁微出任兗州牧，這對我們非常不利。我看，乾脆你出任兗州牧算了，我堅決擁戴你。
張邈拒絕了，說這個兗州牧還是你來幹吧。他也不隱瞞曹操，說自己打算到揚州去。如果自己佔據了揚州，曹操在兗州，再加上徐州的陶謙，三州結盟，互爲犄角，這樣就能牽制袁紹，抗衡李弘了。
目前我們還不能肯定董卓被殺的消息是真的，但假如這個消息是真的，我們可以率先響應天子和朝廷，給天子和朝廷以強有力的支持。如果此時袁紹還執迷不悟，堅決要重建皇統，拒不尊奉天子，那麼我們就聯合李弘先打袁紹，把天子和朝廷迎回洛陽。
至於李弘，如果他願意放棄兵權去戍守邊疆，那是本朝的幸事，天下可以自此安定下來。但假如他不願意，那這仗還有的打。不過他只有北疆和冀州兩地，叛亂得越快，死得就越早。
曹操吃驚地說：“孟卓兄，如果你要入主揚州，趕快南下，因爲袁紹已經急書九江太守陳溫，讓他代領揚州刺史了。”
張邈胸有成竹，一點也不着急。“我早已派人南下，我弟弟廣陵太守張超也親自趕到了九江郡，只待揚州那邊諸事辦妥，我就南下。”
在陳留太守張邈和濟北相鮑信的鼎力支持下，再加上兗州府從事劉翊、毛玠、陳宮、戲志才、王必等人的大力幫助，曹操非常順利地暫時代領了兗州牧。
任城相鄭遂、濟陰太守吳資、山陽郡太守袁遺雖然心不甘情不願，但在袁紹沒有音訊，黃巾軍步步緊逼的情況下，也勉爲其難地答應了。
曹操心裡有數，自己出身於顯赫的宦官世家，又沒有什麼出衆的功績，沒多少人正眼看自己。在袁閥勢力遍佈兗州的今天，要想完全佔據兗州，只有一個辦法，那就是儘快擊敗黃巾軍，保住兗州，以此來換取兗州門閥世族的好感和支持。如果自己一個敗仗就着一個敗仗，那事情就麻煩了。袁紹只要在關東站住腳，立即就會騰出手來把自己趕出兗州。自己兵微將寡，哪裡是袁紹的對手。
不幸的是，曹操剛剛繼任兗州牧，從關東就傳來了消息。袁紹不但兵不血刃，佔據了洛陽，還逼着袁術和自己講和了，兄弟聯手了。
曹操十分擔心，急忙去信向袁紹解釋。兗州形勢緊張，黃巾軍鋪天蓋地，兗州軍一敗再敗，大軍糧餉全靠陳留郡提供，所以此時張邈萬萬不能殺。如果我把張邈殺了，我在兗州也就待不下去了。我們和張邈都是幾十年的朋友，在今日社稷危難之際，我們應該齊心協力，怎能兄弟相殘？本初兄，還是算了吧，畢竟張邈和你只是政見不同，並無深仇大恨。至於自己繼任兗州牧一事，曹操也有自己的說辭。現在兗州這個樣子，誰願意幹誰來，我還不願意幹呢？要不是張邈、劉翊這些人硬拉着我不放，我纔不幹這個找死的州牧？嫌自己命不夠長啊？
袁紹和曹操自小相識，對他的脾氣一清二楚，知道他在說謊，但袁紹也沒有點破。兗州戰局不利是個事實，既然你曹操和張邈都要在背後陰我，那你們就自己對付黃巾軍去吧。等到你們的軍隊打完了，求我了，我才和你們算算這筆賬。
恰好這時揚州來信，九江太守陳溫在歷陽發動兵變，把張邈、袁術的人都關起來了，把廣陵太守張超也趕出了九江郡，順利代領了揚州刺史。
袁紹大喜，於是回書曹操，那就麻煩孟德老弟先幹着。什麼時候你不願意幹了，說一聲，我派人把你接到洛陽來。
曹操這個時候去向袁紹求援，等於是向袁紹拱手稱臣，幾個月的努力白費了。
荀彧、任峻、劉翊、毛玠、陳宮、戲志纔等人圍在一起商議，衆人認爲袁紹派軍支援的可能不大。袁紹剛剛佔據洛陽，和袁術雖然講和了，但那也就是停戰，他的主要目還是爲了迅速穩定關東。袁氏兄弟至今還沒有手握手，距離真正意義上的和解差遠了，兩人遲早還要反目。另外，兗州的仗再這樣打下去，曹操和張邈的實力肯定要折損一盡，等到兗州軍差不多打完了，袁紹再抽調兵力支援，可以不費吹灰之力把兗州拿到手。
說來說去，還是要靠自己擊敗黃巾軍。就在衆人無計可施的時候，東平國的壽張縣令程昱到了。
程昱四十多歲，身材高大，長臉美髯，相貌堂堂。他是兗州東郡東阿人，兗州名士。過去劉岱屢次徵辟，甚至以騎都尉一職授之，但程昱不爲所動，堅不從闢。曹操繼任兗州牧後，徵辟他爲東平國的壽張縣令，程昱欣然而往。他和曹操早年就相識。當年曹操任濟南國相時，曾在濟南國大力整肅吏治，程昱甚爲敬佩，暗中幫了不少忙，曹操一直感激在心。
程昱急告曹操，黃巾軍在任城大捷之後，一部留守任城國牽制兗州軍，一部在徐和的帶領下，調頭攻打東平國。程昱認爲，這是個偷襲黃巾軍的好機會。黃巾軍認爲兗州軍的兵力都被自己的主力大軍壓制在濟陰、山陽郡一帶，所以派回去攻打東平國的軍隊人數不多。如果兗州軍能夠奔襲東平國，重創徐和的黃巾軍，然後再從黃巾軍主力大軍的背後展開攻擊，黃巾軍必將驚惶不安，匆忙撤往泰山。這樣一來，兗州的危局就可以得到緩解。
曹操當即予以採納。他和濟北相鮑信、任城相鄭遂帶着一千鐵騎，五千步卒，連夜離開昌邑，晝伏夜行，急速向東平國而去。
七月下，徐和率三萬黃巾軍，二十多萬流民開始攻打東平國的壽張城。
當曹操率軍潛伏到壽張附近時，被流民發現。徐和一邊向司馬俱、孫觀求援，一邊率領黃巾軍突然向曹操發起了攻擊。
雙方血戰。黃巾軍來得非常突然，兗州軍雖然有準備，但還是被打了個措手不及，雙方將士立即陷入混戰，以命搏命，戰鬥非常慘烈。
濟北相鮑信於亂軍之中被砍死，屍骨無存。任城相鄭遂遭受重創，在回撤途中，被一羣瘋狂的流民撕成了碎塊。
青州黃巾軍首領徐和在激戰過程中，被曹操手下大將李乾、李整、李典叔侄三人指揮精銳圍住，雙方數百人糾纏在一起猛砍。徐和身負重傷，血盡而死。李乾連中數刀，大腿被長矛洞穿，李典拼死護着他撤出了戰場。李整被捨生忘死的黃巾軍團團圍住，危在旦夕。幸好這時史渙、許褚帶着鐵騎殺到，把傷痕累累的李整救了出來。
黃巾軍主帥陣亡，士氣銳減，隨即潰敗。
這一仗，兗州軍雖然付出了慘重代價，但殺死了黃巾軍首領徐和，幾乎全殲了三萬黃巾軍士卒，算是一場大捷。幾萬無辜的流民慘死於這場激戰當中。
曹操不敢久留壽張，匆忙率軍趕到大野澤，和率先趕到這裡設伏的張邈、吳資五千人馬會合。
司馬俱、孫觀得到消息，急速回援。當天晚上，十萬大軍，幾十萬流民宿營於大野澤。
曹操率軍偷襲。黃巾軍和流民本來就人心惶惶，這下突遭襲擊，頓時大亂，被踐踏而死者不計其數。司馬俱帶着部分殘兵倉惶撤往濟北國，孫觀帶着部分殘兵逃往泰山。
壽張大戰的勝利，徹底扭轉了兗州形勢。