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曹叡从小相貌俊美，超凡脱俗，又天生聪慧，博闻强识，过目不忘。祖父曹操对此十分惊异因而倍加喜爱他，常令他伴随左右。在朝会宴席上，也经常叫他与侍中近臣并列。曹操曾经评价道：“我的家族基业有了你就可以继承三代了。”曹叡好学多识，尤其留意研究律法。
公元 217年，曹操东征孙权，曹叡及妹妹东乡公主离开母亲甄氏，与祖母卞夫人（161—230）、父亲曹丕一起随征江东。公元 220年，曹操病逝后，曹丕封曹叡为武德侯，并亲自诏令时任侍中的大儒郑称为曹叡的师傅，教授他经学，以此明志。公元 221年，曹叡被封为齐公。后因母亲甄宓获罪，废为平原侯。
此时的曹丕，认为曹叡先前已有不满，便想立徐姬所生的京兆王曹礼为嗣，因此久不立太子，这期间曹叡府中来往的家臣官吏，师长友伴，一律只取品行正直的人充任，互相匡扶，勉励矫正。处理事务小心谨慎，避免遭到责罚。
曹叡与重臣卫臻私交甚好，经常一起讨论朝事和书籍，曹丕也曾旁敲侧击地询问卫臻关于曹叡的情况，卫臻只是称赞他明理而有德行，闭口不言其他。
据裴松之《三国志注》引《魏末传》记载，曹叡一次随曹丕狩猎，见到母子两鹿。曹丕射杀了母鹿，命令曹叡射杀子鹿，曹叡不从，说：“陛下已经杀掉了母鹿，臣实在不忍心再杀掉它的孩子。”说完哭泣不已。曹丕于是放下弓箭，深感惊奇，而确定了立曹叡为太子的心意。公元 222年春，曹叡又很快被立为平原王。后来曹丕下诏将其过继给郭皇后为子，进一步确定了他嫡长子的地位。
曹叡因其母被赐死而非善终，内心愤愤不平，后来才开始恭敬地侍奉嫡母，每日早晚都往皇后宫中定省问安，郭皇后也因自己无子，对曹叡慈爱有加。
公元 226年夏，曹丕病重，立曹叡为皇太子，遗诏曹真、司马懿、陈群、曹休共同辅政。后曹丕驾崩，曹叡即皇帝位，是为魏明帝。