黄巾军声势浩大，兖州州治昌邑县城一片惊恐。州内主要官员在一起商议之后决定，为了不让黄巾军席卷兖州，必须由一个强而有力的人担任州牧，等中央政府派人已来不及了，可由曹操暂时代理。让曹操代牧是东郡人陈宫提议的，他说：“当今天下分裂，兖州无主，曹东郡是命世之才，若迎以为州牧，必定能使百姓安宁。”于是，大家委派陈宫、鲍信和治中万潜去迎接曹操。
在东武阳城的太守府里，陈宫对曹操说：“如今兖州无主，与朝廷又失掉联系，我已说服州内官员，请府君去任州牧。”他担心曹操谦让，又说：“府君若以兖州作为根本，将进而平定天下。这可是霸王之业啊！”
兖州为东汉十三州之一，下辖陈留、山阳、济阴、泰山、东郡五郡和城阳、济北、任城、东平四国，是一个地广人众的大州。曹操心想，若能拥有兖州的地盘，向河南发展就有了可靠的基础，于是欣然同意，立即率军开赴昌邑。
但最初的几场仗，曹操大多失败而归。在寿张城下，曹操与鲍信巡查前沿阵地，针对黄巾军悍勇善战、恃胜而骄的特点，决定以奇兵挑战、正兵攻击，先打一仗再回师固守。这时，黄巾军发现了曹操等人，如潮水般涌来，刀矛齐举，杀声动地。曹操身边只有少量骑兵，顷刻之间被困在了核心。鲍信为了掩护曹操突围，殊死拼杀，殁于阵中。曹操撤回城内，据险顽强抵御，打退了黄巾军的轮番进攻。战事稍停，曹操悬赏派人寻找鲍信的尸首，没有找到。只得命工匠用木头雕刻成鲍信的身形，哭着祭奠了他。
过了一段时间，曹操试图摆脱被动防守的局面，亲领1000余步骑到城外了解地形。刚一接近黄巾军大营，又再次受到围攻，死伤了数百人才冲出来。此后，曹操惟有坚守。其州兵新招募的占多数，缺乏训练，又不断受挫，士气开始低落。
曹操的意志面临着考验，倘若寿张战败，兖州必将失去。光顶住黄巾军的攻势还不行，还要利用其弱点战而胜之。曹操振作精神，被甲婴胄，到各营慰劳官兵。申明赏罚条例，在积极防御的同时密切注视黄巾军的动向。黄巾军求战不得，戒备逐渐松懈。曹操乘机发起反击，迫使黄巾军后退。
战事处于相持阶段。代理寿张县令程立想方设法为曹操筹备粮草，援兵也陆续开来。黄巾军的攻势减弱下去，致函曹操：
“往昔你在济南毁坏神坛，其宗旨与我军奉行的中黄太乙之道相同，好像明白事理，而今却变糊涂了。汉朝气数已尽，黄家正当兴起，这个必然的趋势不是你凭才智和力量所能阻止的。”“中黄太乙”即“中央黄色的大帝”，张角所称“黄天”，是太平道所信奉的惟一天神。曹操虽不信神，但出于制造舆论和某种心理的需要，曾表示过信奉中黄太乙。可资佐证的有，后来他制作百辟刀五枚，“爱告祠于太乙，乃感梦而通灵，然后砺以五方之石，鉴以中黄之壤”。所祭祀之神即中黄太乙。曹操阅毕，气得高声叱骂。从此信内容看，黄巾军认为曹操曾在济南禁毁**祀，铲除诸神，伸张正气，比较开明，可以争取过来共同推翻东汉王朝。
当然这是幻想。
曹操在随后的几次战役中，彻底打败了黄巾军，并“开示降路”，黄巾军一百余万兵众投降了曹操，曹操从中精选出五六万人，组成“青州兵”，将降众家属组织起来屯田，就地安置，生产自给。从此，曹操有了一支真正与各路英豪相抗衡的军队。
