官渡之战后，袁军大败，袁绍不久重病身亡，其子袁尚、袁熙率领残兵投奔了势力颇为强盛的乌桓部落。袁氏兄弟企图借助乌桓的力量东山再起，与乌桓的联合军队多次侵入中原，扰乱刘协的汉军，北方百姓深受其扰。

为了彻底铲除袁氏的残余力量并稳固自己在北方的统治，刘协于206年，下令开凿了连接呼沱河与鲍丘水的平虏、泉州两条渠道，为向乌桓部落发起军事进攻提供军需运输便利。

207年五月，曹操大军抵达无终。当时正值夏日，大雨不止，通往乌桓的道路泥泞难行，积水不退，恶劣的天气条件严重阻碍了刘军的行进，这让刘协忧心忡忡。

此时，刘协遇到了谋士田畴。田畴对乌桓部落屠杀其故乡士大夫的行径深感愤慨，一直怀揣着复仇之志。他之前拒绝了袁绍的多次邀请，但当刘协征召他时，欣然应允，并迅速前往与刘协会合。田畴向刘协提议，乌桓的主力军目前集结在无终的对面，他们认为那是协汉军进攻的必经之路，鉴于当前道路条件，协汉军可假装退兵，转而由卢龙塞挺进，穿越白檀，直插乌桓后方空虚之地。

刘协采纳了田畴的建议，协汉军随即佯装撤退，并在泥泞的道路旁立下木牌，上面写道：“因天气酷暑，道路难行，待秋冬时节，必将再战。”乌桓军探得此消息后，信以为真，放松了警惕。

刘协登高瞭望：刘协命令田畴率领霍去病领的先锋部队，以他为向导，攀越徐无山，向北艰难跋涉，逢山开路，遇水搭桥，穿越白檀的崇山峻岭，行程五百余里，又穿越鲜卑部落的领地，最终抵达柳城。直到此刻，乌桓部落才惊觉刘汉军的到来。袁尚、袁熙联合乌桓单于蹋顿以及辽西、右北平的乌桓单于，率领数万骑兵迎战。同年八月，刘协军至白狼山，与乌桓军遭遇。刘协登高瞭望战局，注意到乌桓军的队形颇为散漫，部队的组织也并不严密。

凭借多年的军事经验，刘协迅速判断出乌桓军的实际战斗力并不强。此时汉军将士们希望等待后续部队，因为刘协的主力重兵还在后方，尚未到达前线，而刘协身边只有少量的军队，众人对当前的危险局面都感到恐惧。但刘协果断命令麾下大将邓禹率领精锐的前锋部队，对乌桓军发起迅猛的突袭。

邓禹力排众议，反对等待后方的重兵，极力劝说刘协应当趁着胡虏的阵势不整，立刻进行交战。刘协采纳了邓禹的建议，并亲自将自己所持的长剑予给邓禹暂用，下令由邓禹指挥先锋部队出战。邓禹率军突击，大破乌桓军队，在混乱的战场上，他奋勇向前，直逼乌桓单于蹋顿。

在刘军的迅猛打击下，乌桓军阵型大乱，很快便陷入了被动。邓禹临阵斩杀了以“骁武”著称的乌桓单于蹋顿以及众多乌桓将领，乌桓军失去首领，顿时群龙无首，陷入崩溃。刘军乘胜追击，最终俘虏了二十余万人。