建安十六年（211），天子拜曹丕為五官中郎將，副丞相。
三月，曹操以經過關西討伐漢中張魯為名，出兵西進。關西諸將韓遂、馬超、楊秋、張橫、梁興等人發覺不對，聯兵十萬屯據潼關。曹操討伐荊州之前，馬騰的部將與韓遂的部將發生內訌，鍾繇讓涼州刺史韋端出麵調解。荊州戰事進行之中，曹操命人勸說馬騰散兵回朝，馬騰同意。曹操拜馬騰為衛尉，以其子馬超為偏將軍，留涼州統領其眾。馬騰及其家屬全部遷居鄴城。現在，馬超也顧不上老父親在曹操手上做著人質，毅然起兵，抵抗曹操對西北地區發動的統一戰爭。七月，曹操留曹丕守鄴城，自擊馬超。八月，曹操坐鎮潼關南岸，吸引關西軍隊，同時命徐晃等從黃河北岸的蒲阪西渡黃河，於西岸建立據點，然後將大軍陸續北調。曹操本人最後渡河，這時馬超率步騎萬人攻擊隻有幾百個衛士的曹操，許褚一手持馬鞍擋住箭矢，一手撐船，丁斐放出牛馬擾亂敵陣。渡過黃河，曹操笑著對部下說：“今天差點被小賊困住。”
九月，曹軍陸續渡過渭水，又從河西開了一條甬道，直通渭水北岸，糧草運輸通暢無阻。馬超等見此形勢，要求和談，曹操不許。但賈翊建議可以假假地同意，曹操問他計從何出，賈翊說：“離之而已。”曹操馬上回道：“解！”
韓遂的父親與曹操同時舉孝廉，韓遂本人年輕時去過京師，與曹操有點交情。因此當曹操與他在陣上相見時，曹操放馬上前，不和他談軍事，反而與他回憶起往事來了，什麽過去京師哪家妓院的妓女長得好，哪家館子的菜好吃，哪個地方的風景好；當初的朋友，現在哪個不在了，哪個在哪兒。談著談著，兩個人忘了是在疆場的敵手，一會兒唏噓，一會兒大笑。把陣後的馬超看得糊裏糊塗，過了些時，韓遂軍中的羌、胡騎兵湧上前來，曹操大聲說：“你們是不是想看看曹孟德？我也是人，並沒有四目兩口，隻是多些智謀罷了。”說罷大笑。羌胡兵交首而語，嘖嘖讚歎。