中平六年（189年），汉灵帝驾崩，太子刘辩登基，何太后临朝听政。大将军何进想趁灵帝驾崩、宦官失势之机诛灭十常侍，但没有取得何太后的支持。于是何进采纳袁绍的建议，不听曹操和陈琳的劝谏，便征召停留在河东郡的董卓率其部众进京，以便于胁迫何太后同意诛杀宦官。

董卓尚未抵达京城，何进已被宦官下手谋杀。同年九月，董卓入京，执掌朝政，把汉少帝废为弘农王，而改立其弟陈留王为汉献帝，又派人把弘农王母子毒死，自称太师，专擅朝政。曹操见董卓倒行逆施，不愿与其合作，遂改易姓名逃出京师洛阳（今洛阳市）。曹操到陈留后，“散家财，合义兵”，且首倡义兵号召天下英雄讨伐董卓。

初平元年（190年）正月，袁术等人共推渤海太守袁绍为盟主，曹操任代理奋武将军，参加讨董军。二月，被联军击败的董卓胁迫献帝迁都长安（今陕西西安西北），自己则焚毁宫室，挖开王陵，劫掠人民，致使洛阳方圆200里荒芜凋敝无复人烟。而关东联军惧怕董卓精锐的凉州军的战力，无人敢向关西推进，全都屯兵酸枣（今延津县北）一带。而曹操认为董卓“焚烧宫室，劫迁天子，海内震动”，应趁机与之决战，遂独自引军西进。曹操行至荥阳汴水（今荥阳市西南），与董卓大将徐荣交锋大败，士卒死伤大半，自己也被流矢所伤，幸得堂弟曹洪所救，幸免于难。 [18]  回至酸枣，曹操建议诸军各据要地，再分兵西入武关（今陕西省丹凤县东南），围困董卓，关东诸将不肯从。关东诸军名为讨董卓，实际各自心怀鬼胎，意在伺机发展自己势力。不久，诸军之间发生摩擦，相互火拼。联合军至此解散。

初平二年（191年），曹操在东郡大败于毒、白绕、眭固、于扶罗等，袁绍表其为东郡太守。