Cao Cao erkannte früh, dass er für seine Feldzüge eine kopfstarke, stabile und gesunde Bevölkerung brauchte, um wiederholt schlagkräftige Truppen ausheben zu können. Unter dem Eindruck einer furchtbaren Hungersnot des Jahres 194 führte er einige Agrarreformen in seinem Machtbereich durch. Die Kleinbauern und Pächter, die während des Bürgerkriegs aus ihrer Heimat geflohen waren, siedelte er zwangsweise in neugeschaffenen Wehrbauern-Kolonien an. Ihre Aufgabe war die Landesverteidigung, und eventuelle Überschüsse der Produktion waren abzuliefern.

Um die Verwaltung seines Reiches zu optimieren, reformierte Cao Cao das Beamtensystem vorsichtig. Es gelang ihm jedoch nicht, die Stellungen der wichtigen Beamten soweit zu begrenzen, dass eine Machtübernahme ausgeschlossen blieb. So sollte auch sein Enkel Cao Rui der letzte Kaiser der Wei-Dynastie sein, der selbst regierte und nicht von Beamten und Würdenträgern gelenkt wurde.

Cao Caos Religionspolitik war tolerant. So duldete er neben der Staatsreligion, dem Konfuzianismus, auch die verstreuten buddhistischen Gemeinden, die auf den Han-Prinzen Liu Ying zurückgingen, und die daoistische Himmelsmeister-Bewegung aus Hanzhong, die sich in den folgenden Jahrhunderten zu einer der wichtigsten daoistischen Strömungen entwickelte.

Cao Caos Kontrolle über den Kaiser war vollständig. Er ließ sich 213 zum Fürst von Wei ernennen und die Neun Ehrenzeichen verleihen, ein Zeichen der bevorstehenden Übernahme des Throns. Er bestrafte Attentäter und deren Angehörige gnadenlos, manchmal auch zu Unrecht. So richtete er im Jahr 200 mit den Verschwörern Dong Cheng, Zhong Ji und Wang Ju auch ihre Familien hin, inklusive der kaiserlichen Konkubine Dong. Als Kaiserin Fu Shou sich in einem Brief an ihren Vater über Cao Caos Grausamkeit beklagte und Cao Cao davon erfuhr, ließ er die Kaiserin absetzen und mitsamt ihren zwei Söhnen hinrichten. Im nächsten Jahr zwang er den Kaiser, seine Konkubine Cao Jie (eine Tochter Cao Caos) zur Kaiserin zu erheben.

Im Jahr 216 wurde Cao Cao zum Herzog von Wei (Wei Wang) befördert. Da der Titel erblich war, hatte er auch den Status seiner Familie als führende Kraft im Reich etabliert. Er starb am 15. März 220 in der Hauptstadt Luoyang, die er nach seinem Sieg über Yuan Shao wieder aufgebaut und befestigt hatte. Sein Sohn Cao Pi erbte Posten und Titel und zwang den Kaiser noch im selben Jahr, zu seinen Gunsten abzudanken. Damit war er der erste Kaiser der Wei-Dynastie.