八月，曹軍一直急行軍到距離柳城不足二百里的白狼山附近，袁尚、袁熙與蹋頓單于、遼西單于—樓班、右北平單于—能臣抵之才倉皇集結數萬騎向西迎敵。
最終兩軍在白狼山遭遇，這是場遭遇戰，其實也是場決戰。
如果曹操戰敗，那麼全部曹軍勢必全軍覆沒於遼西，因為他們沒有退路。
如果烏桓戰敗，那麼他們的柳城勢必失守。
當時，烏桓的優勢是以逸待勞，兵馬盛眾。
但他們面對曹軍的到來卻措手不及，而且和其他遊牧民族一樣，他們單兵能力強，但整體作戰弱。
曹操的優勢是出其不意，手下都是勇冠三軍的猛將和精銳騎兵包括一些虎豹騎）。
不過他們經過十幾天的山路和急行軍，體力已經大打折扣，更何況他們的重灌主力步兵還在後面，難以及時趕到。
面對多於自己的烏桓軍，很多曹軍將士們也都感到恐懼和發怵，希望等待後續部隊。
雖然曹軍左右皆懼，眾人請求緩戰，但是張遼卻力勸曹操要趁著敵陣不整而急速出戰。
敵陣不整的戰機會稍縱即逝，張遼勸戰的語氣也就顯得非常奮發了。
曹操在白狼山上觀敵陣時，看到烏桓軍軍陣不整，又看到張遼的勸戰急攻，壯之。
終於，曹操採納了張遼的建議，下定決心選擇急戰。
於是，“自以所持麾授遼”。
根據《淮南子·主術訓》的“軍之持麾者，妄指則亂矣”，說明，“持麾”的作用在於“指”，張遼負責臨陣指揮。
根據《魏武軍令》的“麾前則前，麾後則後，麾左則左，麾右則右。不聞令而擅前後左右者斬。”
因此，曹軍各部的進攻方向、進攻時機皆由張遼決定。
張遼臨時獲得了曹操用來指揮部眾的麾旗，於是離開了陡峭的山坡，來到了山谷之中指揮先鋒部隊衝向敵陣。
曹軍的精銳騎兵與烏桓騎兵在白狼山下爆發了一場血戰，徐晃、張合、鮮于輔、閻柔、曹純奮勇爭先，數萬騎兵的大混戰，可以想象戰鬥的慘烈。
烏桓原本“眾甚盛”，但看曹軍如此勇猛，其陣行開始崩潰。
在混戰中，蹋頓當陣為張遼斬殺，一說為曹純部—虎豹騎俘獲後斬首。
烏桓群龍無首，最後終於被殺得七零八落，死者被野，三郡烏桓的主力騎兵在這場決戰中開始全面崩潰。
此戰中，曹操大獲全勝，斬蹋頓及名王以下十餘人，俘虜二十餘萬人。
此後，曹操收烏桓精銳，之後率其征討四方，號稱“天下名騎”，邊民也因此得以安居生息。
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