中平元年二月，太平道首領張角率眾起義，旬日之間天下響應，京師震動。黃巾各部攻打郡縣，焚燒官府，地方官紛紛逃竄，一時間整個朝廷都亂了手腳。
皇帝急忙下詔命令各州郡操練士兵整頓器械，在各主要關隘之地設置都尉把守，同時還任命外戚何進為大將軍，率羽林軍屯兵在都亭鎮守洛陽。黃巾軍來勢之洶湧是統治集團始料不及的，靈帝徹底慌了，軍事會議開個不停，群臣換了一撥又一撥，誰也沒有個立竿見影的法子。
時任北地太守的皇甫嵩提議解除黨錮，把國庫的錢和西園的廄馬發給軍隊，靈帝同意了。於是朝廷廣發天下精兵博選將帥，以討黃巾之亂。
當時黃巾軍的主力部隊主要分布在三個地區，一是由張角兄弟親自統帥指揮的冀州部，二是由波才等人指揮的潁川部，三是由張曼成率領的南陽部。於是朝廷任命傳說中劉備的那個師父盧植盧大博士為北中郎將，帶北地諸郡兵士征討冀州張角。皇甫嵩為左中郎將，和右中郎將朱儁發三河五校及募兵精勇共四萬餘人，征討潁川波才。
三河五校分別指的是河東、河內、河南三個近畿之地，三河地區多出精銳步兵；而五校源自武帝時期為了加強對長安城的防護而設置的中壘、屯騎、步兵、越騎、長水、胡騎、射聲、虎賁八校尉之職；到了光武帝時將中壘校尉省去，又將胡騎並入長水，虎賁並入射聲，隻剩下五校尉。諸校尉都以戍衛京師為主要職責，兼任宿衛宮廷的任務。
這一年曹操剛滿三十歲，被正式授以騎都尉的軍職，共同參與討伐潁川黃巾的軍事行動。騎都尉是兩千石的官，比之前六百石的議郎可大得多了，可以說這一次是曹操人生中非常重要的一個轉折點、同時也是他仕途上非常重要的一次晉升。
皇甫嵩和朱儁出師不利，被波才率領的黃巾軍打敗，被困在孤城長社之內。後來皇甫嵩在夜裏利用火攻打了黃巾軍一個措手不及，剛好曹操這時帶兵趕到，兩方人馬合於一處，大破潁川黃巾，斬首數萬。