建安二十五年正月（220），曹操还军洛阳。当月，病死在洛阳，终年六十六岁。这年十月，曹丕代汉称帝，国号魏，追尊曹操为太祖武皇帝。
曹操之死
好汉最怕病来磨
打从壮年时代起，曹操的健康状况便很不理想，史料中记载他有严重的“偏头痛”宿疾。到底是什么时候开始已不可考，大约是兴义兵讨伐董卓前后，曹操便已有这种毛病。医生诊断认为是紧张及压力过度，嘱咐他放松自己，因此使一向好色的曹操更有借口，他公开在营内带有嫔妃，也常惹出不少麻烦。
最严重的一次是官渡大战前夕，头痛得让他无法思考，但他仍坚持到官渡的行营中养病，由此可见曹操对工作的认真及责任感。很多医师诊断为“头风病”，病发时会“心乱目眩”，这到底是什么病症，根据史料很难确认，或许是“三叉神经痛”。
由于官渡前线非常紧张，根本不可能让曹操安心养病，因此荀彧等遍访名医，经人推荐认识当代有神医之称的华佗。华佗是位传奇人物，甚至有点“超能力”，他能用针灸疗病，对止痛颇具心得。
或许由于战局空前困难，心理压力过重，曹操这次痛得相当严重，华佗只有用针灸来止痛，一方面也放松曹操紧绷的神经，效果相当不错。曹操便将他长期留在身旁，随时作紧急治疗，以官渡大战长达八个多月的紧张岁月。
虽然经常能够针到痛除，但由于无法断根，必须长期接受治疗，这对以英雄自负的曹操，心理有着严重的不平衡。俗谓“好汉最怕病来磨”，何况这种神经性的头痛，最能使人有严重挫折感，也使他的人生充满着强烈的悲观意识。“神龟虽寿，犹有竟时：腾蛇乘雾，终为土灰”的词句，对一个拥有绝对权力、叱诧风云的政治领袖，的确太消沉了些，这大概便是曹操对“痛苦生命”的直觉反应。
不过在理性上，曹操是相当勇敢的，他奋勇的激起对生命的无穷斗志。所以“老骥伏枥，志在千里：烈士暮年，壮心不已”。
长年的针灸虽能止痛，但这种治标不治本的方法，自然无助于曹操的健康，这或许也潜藏曹操对华佗日益不满的原因。后来，华佗也厌恶这位愈来愈不合作的病人，便假借理由逃离曹操，曹操在查出他的欺骗后，一怒之下便处死华佗。
华佗死后，曹操的病势日益严重，并出现白日幻境的毛病，据说有数日间，常见被处死的冤魂，并听到营外男女哭声不绝，臣下建议“命道士设醮修禳”。但曹操认为自己获罪于天，无所祷也。依赖方士为自己向上天求情，徒见软弱，乃坚不允许。
正月二十二日晚，曹操感觉气往上冲，目不见物，自知生命以到尽头，除下令召回次子曹彰外，立即要驻屯洛阳附近的夏侯敦、曹洪等军团元帅入见，总参谋长贾诩、秘书陈群、司马懿等均随侍在侧。
首先曹操下达继承命令，他表示：
孤纵横天下三十余年，群雄皆灭，止有江东孙权、西蜀刘备未曾剿除。孤今病危，不能再与卿等相叙，特以家事相托。孤长子曹昂，刘氏所生，不幸早年殁于宛城。后继卞氏生有四子：丕、彰、植、熊。孤平生所最爱者三子曹植，为人虚华少诚实，嗜酒放纵，因此不立。次子曹彰勇而无谋，四子曹熊，多病难保，惟有长子曹丕，笃厚恭谨，可继我业，卿等宜辅佐之。
嘱毕，长叹，泪下如雨，气绝而死。
葬地求瘠，丧礼从简
早在建安二十三年（公元218年），曹操便预先为他的“葬地”下了一道“遗命”：
古之葬者，必居瘠薄之地，因此我择定西门豹祠的西原作我的寿陵，可在高地上建立陵基地，暂时不用封闭也不必种树。古时《周礼》上有记载，冢人掌公墓之地，可以诸侯居其左右，卿大夫居后。前汉的法制上也有如此规定，称之为陪陵。以后有功的公卿大臣列将，宜陪葬我的旁边，所以陵墓的基础宜做的宽广些，以能作有效地容纳。
从这个小指令上，不但可以看出曹操的博学，更可以看出他的勤俭爱民。不愿占有人民可以使用的土地，选择贫瘠地作陵墓，并要求有功的公卿大臣列将和自己共葬，此免这些有权势的人，死后占用好的土地，妨害民生。曹操思考上的细腻，想法的周全，也由此可见。
曹操在病危时，由于情况突然，因此立即传召离他最近、驻屯在豫州的次子曹彰，并给他一道遗令表示：
我夜半觉少不佳，至明日饮粥汗出，服当归汤......这几年来，我在军最感到得意的事，是持法一向公平，汝等应该努力效法。至于平常的一些小忿怒、大过失，不值仿效也。天下尚未安定我的丧事一切从简，不可依循古法，过分铺张。
我有头痛，必须随时包头巾，我死之后，必须着礼服下葬，记得把头巾拿掉，以免违反大礼。百官在殿上服丧只要十五天即可，时间到去除丧服，一切恢复平常。其余驻屯各地的将兵，不必奔丧，不可擅离防区，所有各部门官吏，仍彻底谨守岗位，不可借口耽误工作。
收殓我的时候，依一般礼节即可，不必大费周章，并将我葬在预定中的邺称西冈上西门豹祠的附近即可，更不必以金玉珍宝随葬。
我的婢妾及歌妓一向勤俭克苦，让他们住在铜雀台上，并且妥善的安排她们的生活。可以在铜雀台堂上安置一个六尺床，施穗帐，朝晨摆上脯鞴等祭品，每月初一及十五，从早上到中午，要求她们向帐中奏歌曲来吊祭我即可。
你们兄弟可常常登上铜雀台，在此望我陵墓田地吊拜，剩余的祭品可分于我的几个夫人，不必让他们特别另行准备。我的嫔妾们在府舍中无事时，可让她们学作织履贩卖以贴补家用。我历年来的官服，将我包装好放于墓中，我平常用的衣裳，也帮我在墓中准备一箱，剩余放不下的，你们兄弟可共分之......
从这个遗命中，可以看出曹操私底下并非很有钱，即使贵为魏王，他在平常仍相当清廉而节俭，他留下的个人财产似乎不多，死后嫔妃仍需工作以为谋生。他反对厚葬，即使日后祭典也应该从简。他的要求“精神面”多于“物质面”，充满着文学家和诗人的浪漫情操。只要初一及十五，由嫔妃们奏乐以娱其亡灵，一切便满足了。
这位权倾朝野、不可一世的政治及军事领袖，其实具有非常可爱的童真面，这样的人，可能是不可一世的大奸雄吗？
曹操死后
曹操的噩耗很快传到邺城，尽管不少大臣反对太早公布，但身为继承人的曹丕，却坚持依照父亲嘱咐，正式举行葬礼，并向全国各大军区领袖传达曹操的遗命。
尽管曹操生前命令各军团不得擅离防地，但驻守青徐地区的臧霸，认为天下将发生大乱，便带着青州军团鼓噪而去。幸好其他军团仍严守军令，并立刻向曹丕宣示忠诚，使军情很快得到掌握。但邺城方面仍是人心惶惶，甚至有人建议，立刻改派夏侯氏及曹氏子弟或直属军团的谯沛地区将领，接管所有军事要地，以防变乱。
魏郡太守徐宣大声反对：“如今远近早已在曹公领导下趋于统一，大家团结一条心，为何只有谯沛人才会忠诚朝廷，难道其他地方的将领，就无保卫民之心吗？”
曹丕听了，不禁动容感叹道：“这才真是谋国的忠臣啊！”
虽然这个“破坏团结”的建议很快被取消了，不过仍可看出当时的情形非常危急；但从另一角度看，也可以发现由于曹操在用人上的气度，不为地域观念所囿，才能融合来自各地及集团的英雄好汉，共同迈向事业的成长。
不久，曹丕派出曹休接管青、徐两州，并且解除臧霸的兵权。
但情况并未马上稳定下，曹操突然去世的冲击的确太大了。曹丕虽力持镇定，但仍很担心会控制不了局面。他坐镇邺城，随时密切注意各地的军队情报特别害怕南方的刘备及孙权趁机联合北上，势必造成更大压力。没多久，又传出凉州西方州郡的麴演叛变，幸好很快又为金城太守苏则平定。而南方的孙权和刘备集团，正因为关羽及江陵事件闹得水火不容，双方情势非常紧张，根本无暇顾及北方的发展。
守丧的期间，曹丕常到曹操生前的书房枯坐，沉思良久，当他看到曹操书架上，堆积如山的古册书籍，不禁想起曹操生前的谆谆教诲：
人在年轻的时候记忆好，一定要多读书；年纪一大记忆便愈来愈差了年纪老大，却还能用功不辍的，当今之世只有我和袁伯业（袁遣字，袁绍堂兄）两人了
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