敌军哨兵看到标志，相信曹操真的撤军了。
如田畴所料，乌桓人大为失算，以为任何不能穿越平原地带的军队都会撤回。
七月，郭嘉建议兵贵神速，要曹操丢下辎重，迫使军队轻装前进，以免拖后腿和警醒敌军，曹操谨记在心。
临走前，曹操又命人在滨海道旁立个牌子，上：“方今暑夏，道路不通，且俟秋冬，乃复进军”。
表面上是通令全军的路标，实际上却是为了麻痹敌人。
乌桓人看到，信以为真，以为大军去也，因此不做准备。
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可他们无论如何没想到，曹操居然会出卢龙塞。
在田畴带路下，曹操率军轻装创造了被认为其戎马生涯中最值得纪念的军事冒险之一。
他们攀越徐无山，经卢龙塞退出汉地边境，进入滦河上谷。
在这片艰难的地区进军五百余里，在平冈转而东向，穿越鲜卑的牧地，再次进入东汉边境的山脉。
这时，曹操军已经包抄了蹋顿的防守营寨，正沿到海的方向直线前进，即将把敌军的领地一分为二。
但即使是到了平冈，离柳城也还是有二百余里的距离。
八月，曹军一直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、辽西单于—楼班、右北平单于—能臣抵之才仓皇集结数万骑向西迎敌。
最终两军在白狼山遭遇，这是场遭遇战，其实也是场决战。
如果曹操战败，那么全部曹军势必全军覆没于辽西，因为他们没有退路。
如果乌桓战败，那么他们的柳城势必失守。
当时，乌桓的优势是以逸待劳，兵马盛众。
但他们面对曹军的到来却措手不及，而且和其他游牧民族一样，他们单兵能力强，但整体作战弱。
曹操的优势是出其不意，手下都是勇冠三军的猛将和精锐骑兵（包括一些虎豹骑）。
不过他们经过十几天的山路和急行军，体力已经大打折扣，更何况他们的重装主力步兵还在后面，难以及时赶到。
面对多于自己的乌桓军，很多曹军将士们也都感到恐惧和发怵，希望等待后续部队。
虽然曹军左右皆惧，众人请求缓战，但是张辽却力劝曹操要趁着敌阵不整而急速出战。
敌阵不整的战机会稍纵即逝，张辽劝战的语气也就显得非常奋发了。
曹操在白狼山上观敌阵时，看到乌桓军军阵不整，又看到张辽的劝战急攻，壮之。
终于，曹操采纳了张辽的建议，下定决心选择急战。
于是，“自以所持麾授辽”。
根据《淮南子·主术训》的“军之持麾者，妄指则乱矣”，说明，“持麾”的作用在于“指”，张辽负责临阵指挥。
根据《魏武军令》的“麾前则前，麾后则后，麾左则左，麾右则右。不闻令而擅前后左右者斩。”
因此，曹军各部的进攻方向、进攻时机皆由张辽决定。
张辽临时获得了曹操用来指挥部众的麾旗，于是离开了陡峭的山坡，来到了山谷之中指挥先锋部队冲向敌阵。
曹军的精锐骑兵与乌桓骑兵在白狼山下爆发了一场血战，徐晃、张合、鲜于辅、阎柔、曹纯奋勇争先，数万骑兵的大混战，可以想象战斗的惨烈。
乌桓原本“众甚盛”，但看曹军如此勇猛，其阵行开始崩溃。
在混战中，蹋顿当阵为张辽斩杀，一说为曹纯部—虎豹骑俘获后斩首。
乌桓群龙无首，最后终于被杀得七零八落，死者被野，三郡乌桓的主力骑兵在这场决战中开始全面崩溃。
此战中，曹操大获全胜，斩蹋顿及名王以下十余人，俘虏二十余万人。
此后，曹操收乌桓精锐，之后率其征讨四方，号称“天下名骑”，边民也因此得以安居生息。