按下袁紹與公孫瓚交兵不表，單說曹操去了北顧之憂，便使人發書與劉備，約會共討呂布。下書人到小沛面見劉備，呈上曹操書信，劉備盛情款待。信使吃得大醉，回許都時卻走錯了路，被陳宮巡哨遇見拿獲，搜出劉備回書，呈獻呂布。呂布拆書看道：“明公命圖呂布，敢不夙夜用心。但劉備兵微將少，不敢輕動。若明公興師，劉備當嚴兵整甲，專待鈞命。”呂布大罵道：“操賊焉敢如此？大耳賊亦深為可惡！”遂將使者斬首，再修書與袁術結盟。先使陳宮、臧霸結連泰山寇孫觀、吳敦、尹禮、昌豨，東取山東兗州諸郡；再令高順、張遼取沛城，攻打劉備；又令宋憲、魏續西取汝、潁二郡，呂布自領中軍，為三路救應。
先說張遼、高順領兵攻打小沛，劉備兵少不敵，急遣使向許都求援。曹操收到告急之書，遂派部下第一猛將夏侯惇引兵先發，星夜前往援救劉備，自率大軍隨后便到。夏侯惇昂然領兵東進，不料卻中了高順埋伏，自己亦被高順部將曹性射傷左目。所謂來得快捷，回得便當，夏侯惇雖然勇冠三軍，畢竟眼為心之苗，實在忍痛不住，兼且高順亦是武勇難當，只得敗回許都去了。高順大敗夏侯惇，順勢回軍攻破小沛，劉備敗投曹操，妻兒再次被呂布軍將俘虜，便如其所言衣服被扔，全都顧不得了。但因劉備舅爺糜竺前番庇護貂蟬有功，呂布進城之后，看在糜竺及糜夫人面上，再次對劉備家眷好生相待，令人專門看護，不準攪擾。
曹操見兄弟身負重傷，于是大怒，遂親自率兵攻打呂布，大軍抵達下邳。未曾交兵，曹操先派人送書信給呂布，陳述禍福利害，勸其歸降。呂布亦早知曹操乃當世英雄，手下謀士武將眾多，恐怕自己不是對手，見書猶豫，便召集部下，計議投降。話剛出口，陳宮正言諫道：“將軍不可。曹公遠道而來，其勢定然不能持久。將軍若率步騎駐守城外，我率余眾把守城池，為犄角之勢，則必勝曹軍。曹操若向將軍進攻，我帶部隊從后攻之；若是曹操攻城，將軍就從外面救援。如此用不了一月，曹軍糧食吃盡，必然生變。此時我與將軍同時發起進攻，曹操則可生擒，將軍霸業可成，又何必寄人籬下！”列位看官！你道那陳宮因何反對降曹？原來是由于自己對曹操負罪甚深，恐怕降了，遭到曹操恥笑，這才極力反對。
呂布聽陳宮說到霸業二字，登時野心頓起，頗覺有理。同時又想起陳宮幫助自己平定兗州之情，便同意陳宮之見，即刻回到內宅，與妻女道別，準備帶兵出城扎營。呂布之妻嚴氏見丈夫收拾衣甲行李，驚問何故。呂布說道：“今曹操領兵來伐，依陳宮之計，如此如此，可獲全勝，我故領兵出城應戰。”嚴氏冷笑道：“陳宮乃忘恩負義之輩，豈真心以將軍霸業為念？從前曹氏待其如慈父對嬰兒，無微不至，陳宮仍然丟下曹操投靠張邈。在張邈處見將軍天下無敵，便又背叛張邈，跟隨將軍。前者郝萌之亂，曹性供出陳宮參與其謀，將軍雖不究察，難道全然忘卻？將軍對待陳公臺好處并未超過曹氏，卻打算丟下全城和妻子兒女，孤軍遠出，一旦發生變故，將軍能保陳宮不以你妻子，及滿城百姓向曹氏獻功乎？”
呂布聽妻子說的有理有據，遂改了主意，又不用陳宮之計，但暗中派人向袁術求救。將使者派出之后，也不管袁術是否派兵來援，即又冒然率領千余騎兵出城，想著要親自接應袁術兵馬。不想出城之后，所闖正是劉備營盤。那劉備心懷徐州被侵奪之恨，怎肯放呂布過去？況是奉了曹操嚴令，也不敢恂私。當下即率關羽、張飛二弟，舍命相搏，再演三英戰呂布故事，將呂布打得退回城內，再也不敢輕出。再說被呂布派出求救之使，費盡九牛二虎之力，終至淮南見到袁術，訴說呂布愿率本部人馬相投，請求發兵合擊曹操。袁術雖恨呂布多變，但蕩滅曹操卻是平生之愿，奈何此時勢力已大不如前，根本無力北渡淮水，自然不能前來援救呂布。使者只得空手而歸，想再透圍進城，卻被張飛擒個正著，即送到曹操營中梟首示眾。呂布在城樓見到使節首級高懸，知道袁術救兵無望，只得憑固堅守，以酒澆愁。
曹操圍城三月不能攻克，見兵士疲憊，無可奈何。又值蝗蟲災害，眼看糧草不繼，前進不能，后退為難。正當此時，人報營外袁紹使者求見，曹操即命請入，看其有何說辭。原來袁紹正與公孫瓚相持，怕自己不是對手，又聞報說曹操久攻呂布不下，于是使人前來游說，望曹操能遷居鄴城，與自己聯手對付公孫瓚。曹操眼見下邳久攻不下，營中軍糧又將吃盡，便想答應袁紹要求北遷，于是請問諸將計策。謀士程昱急向曹操言道：“今兗州初定，徐州又久攻不下，實是我等存亡興敗之際。眼下軍中乏糧，將軍想遷于鄴城，與袁紹連和，可是此意？”曹操說道：“誠哉！正如先生是言。今我只有數縣之地，雖挾天子于許都，不知其后而何。天下今有一十三州，袁本初獨具其四，今來召我，焉能不從？”
程昱勸諫道：“非也。將軍只是一時臨事而懼，否則又怎會如此不深思熟慮？袁紹據有燕、趙之地，懷并吞天下之心，但其智不能以濟其事，其后必亡。將軍有龍虎之威，自以為能屈身其下乎？將軍不似韓彭，豈能臣服于他人？如今兗州雖殘，尚有三城可守。能戰之士，不下萬人。以將軍神武，及我與荀文若等人協助，并收城池士兵為用，則霸王之業可成。望將軍慎慮！”曹操聞言大喜，遂放棄聯和袁紹之念，禮送袁紹來使，絕意與呂布決戰。即以程昱為尚書，領東中郎將，兼濟陰太守，都督兗州事，并與眾謀士商議滅呂之策。
謀士荀攸說道：“呂布有勇無謀，連戰連敗，銳氣已衰。主將銳氣一衰，則三軍斗志全消。陳宮雖有智謀，但機變不夠，亦不能為呂布所用。今明公應乘呂布銳氣未復，陳宮智謀未定之機，發動猛攻，可以消滅呂布，永絕后患。”軍師祭酒郭嘉也道：“某有一計，下邳城可以立破，勝于二十萬師。”荀彧道：“莫非決沂、泗之水乎？此計雖好，只是可惜了城中百姓。”郭嘉笑道：“正是此意。所謂行大事者不拘小節，荀中書莫做婦人之憂。”荀氏叔侄見他如此說，只得不語。曹操即納郭嘉之計，下令曹兵全部移居高處，命決兩河之水。瞬時之間，兩河決堤，勢若奔雷，水淹下邳，百姓皆泡于水中，輾轉呼號，死尸枕籍。荀彧見此慘狀，對荀攸嘆道：“此計太狠絕了。郭奉孝若不折壽，無天道也。”許攸也是搖頭嘆息。如此又過一月，城尚未破，曹營糧絕。呂布更加困窘，親登城頭叫道：“爾等且休逼迫，呂布要向曹公自首。”城外曹操聞報突出陣前，揚鞭叫道：“曹孟德在此，奉先有何話說？”呂布剛要答話，身側轉過陳宮，急制止道：“曹操不過逆賊而已，怎配稱明公！我等守關已過百日，曹賊糧食將盡，是天滅之時也。現在投降，便如以卵擊石，豈能保住性命！”站立城頭，沖著城下奮力一箭，射中曹操頭上麾蓋。曹操大怒，以手指城，誓殺陳宮。
呂布投降為陳宮所阻，不好埋怨，只得下城還家，悶坐府衙。忽見門將來報：“河內太守張楊心念與將軍往日在并州情份，已出兵東市，欲來下邳相救。”呂布聞報大喜：“張太守今至何處？待我親自出城去迎！”門將答道：“迎不得了。張太守剛然發兵，當夜宿營時卻被部將楊丑殺之，欲將其首級獻給曹操。”呂布由大喜又轉為大怒：“可惱！我必殺楊丑，與張太守報仇。”門將答道：“也不需報了。那楊丑殺了張太守后因逃走不迭，卻被張楊心腹大將眭固所殺，然后引其部眾反投犬城去了。”呂布長嘆一聲，揮手令其退出。此時眾將皆在，聽了無不心驚，又恨門將說話啰嗦，言不及意。當晚呂布軍中上下離心，部下侯成、宋憲、魏續忽然聚眾反叛，綁縛了陳宮，出城投降。呂布在白門樓上見曹軍攻打愈急，知道大勢已去，便要揮劍自殺。左右侍從不忍，紛紛跪地勸阻。呂布自殺不成，又見大水不退，遂自縛下城，到曹操營中投降。曹操笑道：“將軍畫戟赤兔，天下無敵，怎落得今日這般光景？”呂布道：“我對部將足厚，是其臨危背主，陷我于困境，被明公所執，命也。”
曹操見其兀自怨天尤人，不由冷笑道：“我聞將軍背著自己嬌妻美妾，卻常與部下之妻私通，此可謂對其甚厚？”呂布沉默不語，繼而說道：“食色性也，這也不必再提。曹公心中大患，不過呂布而已，如今呂布已服。明公若得呂布歸降，由我率領騎兵，曹公率領步兵，可以統一天下，成其霸業不難，請曹公三思。”曹操心動，轉望劉備問道：“呂布之議，使君以為如何？”劉備思索片刻，緩緩道：“明公不見丁建陽和董太師下場么？”呂布聞言醒悟，不由破口大罵：“大耳兒！你真乃世間最無信之人，猶不記當初轅門射戟，俺呂布救了你一城軍民性命？”劉備只是低了頭，故作不聞。曹操本來有些猶疑，被劉備一言點醒，猛悟點頭嘆息，遂令將呂布縊殺于白門樓，然后梟首。其部屬陳宮、高順拒降，均被處死。但曹操念及當初陳宮奉己為兗州太守的恩義，遂將其家族送至許都，終生由自己供養。