并州五原、云中、雁門、定襄諸郡，聞太祖至，皆如撥云見日，紛相投效。唯匈奴偽單于須卜骨都侯縱兵搶掠，遮斷道路。太祖于馬邑大破之，俘殺須卜骨都侯，驅余部于河西。臘月，至太原，太守楊終恃晉陽堅城，欲相抗，城中名族臨陣倒戈，殺之而獻城。
朝議改元初平。正月，匈奴單于于夫羅等，囿于上黨，感太祖正位之德，率部往投，太祖仍以其統領本部。上黨太守張楊，驟失匈奴助力，遂獻其郡于太祖，南下河內。公孫越等本困于河內，乃經上黨至晉陽詣太祖。太祖見而大喜，留越守晉陽，令牽招守上黨，自整兵出河東，往討白波賊。其賊黃巾余孽也，太祖既思速平之，又慮其避戰。河東名士衛覬獻策，當以勢相迫，逼賊來攻。太祖納之，聘其為幕屬，于高粱亭立營，多以斥候擾賊之后。
二月，賊果聚眾十萬往攻，太祖先出全軍騎兵兩萬，逆攻之，全殲賊騎可萬余。又以高順部守營，多設壕溝鹿柴，賊自午達昏，死傷枕籍，終不能下。日暮，太祖出營，引眾匯騎兵兩萬眾親列陣于東，其軍陣嚴整，盔甲耀眼，迎夕陽奪目，宛若天神，賊軍望之悚然。太祖見賊震動，乃令全軍歡呼，既停，不鼓，直引眾向前，賊陣望旗幟動搖，未及十步，猝停，賊乃恍然驚疑，而陣型漸潰。如是再三，賊全軍震動，左右離散。賊首郭太遙而望之，知不可為，亦明太祖心意，乃自戕，并使親衛匣其首以降。太祖檢查降將，劫掠鄉里者殺之，驕橫不法者罰之，品行端方者慰之，眾心乃安。遂合其兵，臨茅津而窺河。
初，卓聞太祖將至，于是悉燒宮廟官府居家，盡徙洛陽人數百萬口于長安，步騎驅蹙，更相蹈藉，饑餓寇掠，積尸盈路。二百里內無復孑遺。及太祖至茅津，卓亦至。太祖隔河懸賞，曰殺卓者，賞千金，封列侯，留全尸者，加賞十文。卓大怒，然終無能為，遂西入關。留呂布、賈詡守桃林塞，張濟守蒲津，牛輔、李儒守陜縣。太祖自渡河，策反舊部徐榮、張遼等，殺輔、儒。
五月，太祖分婁圭、田豐、韓當等攻蒲津，自引偏師至桃林塞。圭等苦戰竟日，賴徐晃偷渡采桑，六日奔襲二百四十里，破三城，克蒲津，斬張濟。賈詡聞蒲津戰事，誘呂布往救之，自獻關于太祖，又諫當以輕兵奔襲郿鄔，先擒董卓。太祖然之，留步卒守關，自率七千騎急進，過長安而不入，五日而至郿鄔，圍之。以張遼為別部司馬，領騎兵兩千，立營五丈原，阻其援。卓部將王方自散關回救，遼夜襲其軍，殺方，送其首入鄔。
卓既被圍，關中人心遂附太祖，旬月之間，競相來投。諸將亦各破敵來援，成廉魏越等斬卓弟旻，函其首入鄔。涼州馬騰、韓遂聞旻死，遞表請降，出質子為義從，太祖納之。卓觀鄔外圍愈厚，又聞太祖送霸王斷刃入鄔，則其往昔并州時所贈也，悟終不得免，而太祖欲全其家，乃使貂蟬刺己。太祖入鄔，見而奇之，遂納之，即任夫人也。又以涼康王平與卓孫女白約為婚姻，而傳卓首于三輔。
太祖討卓畢，回軍長安，百官道迎，詔覲見漢帝。太祖乃于未央宮前鞭撻天下，數靈帝無道，閹宦禍國，公卿**，世族虛偽，豪強兼并，邊將跋扈，眾皆愧，無敢抗者。太祖曰：“自今日起，鞭笞天下、撫士安民，我自為之！”。居長安數月，發《求賢令》，拜荀攸為后軍師中郎將；收董卓所鑄劣錢，改鑄新錢；度田查隱，抑制兼并；以工代賑，接濟百姓；裁汰冗員，減抑軍需。關中氣象，為之一新。蔡邕女昭姬，素慕太祖，觀新政，曰：“此真英雄也！”乃夜奔自薦，太祖納之，即蔡夫人也。