建安元年（196），曹操假献帝之名发号施令。建安五年（200）官渡之役时，幽州阎柔，鲜于辅归附曹操，曹操以阎柔为护乌桓校尉，鲜于辅为左度辽将军，使还幽州。当时，幽州还在袁熙控制之下。建安七年（202），袁绍病死，其家族内讧。建安十年（205），幽州大部分地区被曹操所占领。
三国曹魏时期，今北京地区仍属幽州，但郡县设置略有变更。大体情况是，燕国治蓟，初为广阳郡，继改燕郡，又因曹宇封地改称燕国，领五县，四县在今北京境，为蓟、广阳、军都、昌平。蓟仍为幽州治所，广阳一度为候邑。范阳郡治风原为诼郡，后改范阳郡，领八县，一县在今境，为良乡。上谷郡治居庸，领六县，一县在今境，为居庸。由于幽州北边部族南移，曾撤销部分县份。魏文帝时以牵招为护鲜卑校尉，屯昌平，昌平地位逐渐取代渔阳，成为蓟城以北重要军事据点。时居庸关习称西关，仍为重要交通孔道。
曹魏初年幽州沿边主要是乌丸（亦称乌桓）、鲜卑二个民族，曹操出兵平定了辽西三郡乌丸蹋顿，将乌丸降众及阎柔所统幽、并乌丸共万余落徒居中原，帅其王侯大人驰战南北，自此以后，幽州沿边乌丸不复为患。魏初、幽，并沿边为患的主要是鲜卑柯比能诸部。为此，魏初复于昌平设护鲜卑校尉，于蓟城设护乌丸校尉，羁糜附塞的乌九、鲜卑诸部。魏文帝初年，首任护乌丸校尉的是渔阳雍奴人田豫，护鲜卑校尉是安平观津人牵招。
三国时期，北京地区得到进一步开发，镇北将军刘靖驻守蓟城时，开拓边守，于嘉平二年（250）在粱山下造戾陵，开车箱渠，导水人高梁河，灌溉蓟南北，种积，边民利之。其后景元三年樊晨更制水门，水流乘车箱渠，自蓟北经昌，东尽渔阳潞县，灌田万有余顷，为北京水利史上重大事件。
关于戾陵遏与车箱渠这项工程的记，散见于《三国志·魏书》、《水经注》、《晋书》、《资治通鉴》等书。按《水经注》所记刘靖碑文如下：“魏使持节都督阿北道诸军事征北将军建城乡侯沛国刘靖，字文恭，登粱山以观源流，相原隰以度形势，嘉武安之通渠，羡秦民之殷富，乃使帐下丁鸿督军士千人，以嘉平二年立遏于水，导高梁河，造戾陵遏，开牢厢渠……长岸峻固，直截中流，积石笼以为主遏，高一丈，东西长三十丈，南北广七十余步，依北岸立水门，门广四丈，立水十尺，山水暴发，则乘遏东下，平流守常，则自门北入，灌田岁二千顷，凡所封地百余万亩，……水流乘车厢渠，自蓟西北经昌平，东尽渔阳潞县，凡所润含，四五百里，所灌田万有余顷。高下孔齐，原濕底平，疏之斯溉，决之斯散，导渠口以为涛门，洒滮池以为甘泽，施加于当时，敷被于后世。晋元康四年，……遏立积三十六载，至五年夏六月，洪水暴出，毁损四分之三，剩北岸七十余丈，上渠车箱，所在漫溢。……。”
根据刘靖碑文的描述，戾陵遏和车箱渠的引水工程是非常艰巨的，刘靖做为一个镇守北面的将军，在蓟城进行屯田守边，如果不引水灌溉是无法完成军屯的任务，但是像戾陵遏、车箱渠这样大的水利工程没有一定的条件是不可能实现的，这个条件就是前面已经叙述过的。东汉以后漯水已经改道，其主流由蓟城南郊而过，刘靖则利用东汉以前的漯水故道加以筑坝开渠，导水灌溉。元康五年，刘靖少子骁骑将军刘弘重修车箱渠，继续发挥灌溉蓟城郊区农田的作用。 | 
