中平元年二月，太平道首领张角率众起义，旬日之间天下响应，京师震动。黄巾各部攻打郡县，焚烧官府，地方官纷纷逃窜，一时间整个朝廷都乱了手脚。
皇帝急忙下诏命令各州郡操练士兵整顿器械，在各主要关隘之地设置都尉把守，同时还任命外戚何进为大将军，率羽林军屯兵在都亭镇守洛阳。黄巾军来势之汹涌是统治集团始料不及的，灵帝彻底慌了，军事会议开个不停，群臣换了一拨又一拨，谁也没有个立竿见影的法子。
时任北地太守的皇甫嵩提议解除党锢，把国库的钱和西园的厩马发给军队，灵帝同意了。于是朝廷广发天下精兵博选将帅，以讨黄巾之乱。
当时黄巾军的主力部队主要分布在三个地区，一是由张角兄弟亲自统帅指挥的冀州部，二是由波才等人指挥的颍川部，三是由张曼成率领的南阳部。于是朝廷任命传说中刘备的那个师父卢植卢大博士为北中郎将，带北地诸郡兵士征讨冀州张角。皇甫嵩为左中郎将，和右中郎将朱儁发三河五校及募兵精勇共四万余人，征讨颍川波才。
三河五校分别指的是河东、河内、河南三个近畿之地，三河地区多出精锐步兵；而五校源自武帝时期为了加强对长安城的防护而设置的中垒、屯骑、步兵、越骑、长水、胡骑、射声、虎贲八校尉之职；到了光武帝时将中垒校尉省去，又将胡骑并入长水，虎贲并入射声，只剩下五校尉。诸校尉都以戍卫京师为主要职责，兼任宿卫宫廷的任务。
这一年曹操刚满三十岁，被正式授以骑都尉的军职，共同参与讨伐颍川黄巾的军事行动。骑都尉是两千石的官，比之前六百石的议郎可大得多了，可以说这一次是曹操人生中非常重要的一个转折点、同时也是他仕途上非常重要的一次晋升。
皇甫嵩和朱儁出师不利，被波才率领的黄巾军打败，被困在孤城长社之内。后来皇甫嵩在夜里利用火攻打了黄巾军一个措手不及，刚好曹操这时带兵赶到，两方人马合于一处，大破颍川黄巾，斩首数万。