建安三年（公元198年），呂布再次背叛朝廷，他派遣部將高順、張遼進攻駐紮在小沛的劉備。曹操派遣夏侯惇率軍救援劉備，結果被高順擊敗。同年九月，高順攻破小沛，劉備倉惶逃走，去投奔曹操了，而他的妻兒則成了呂布的俘虜。
曹操想除掉反覆無常的呂布，於是親率大軍征討呂布，到達了下邳城外。曹操寫了一封勸降信，派人送給了呂布，呂布看過以後，準備向曹操投降。
呂布麾下的謀士陳宮勸呂布不要投降，說道：「曹操遠道而來，攻城不會持久。將軍可以率領一部分步兵和騎兵出城駐守在城外，我率其餘將士守在城內。曹操如果進攻將軍，我就率軍出擊從後面攻打曹操。若是曹操來攻打城池，將軍就從外面救援。這樣用不了一個月，曹軍的糧食就會用完了，到那時我們再進攻曹操，就可以擊敗他。」
呂布認為陳宮所言有理，便準備依計行事。呂布的妻子聽說後，急忙過來勸阻呂布，說道：「以前陳宮在曹操麾下時，曹操對陳宮恩重如山，照顧的無微不至，可即便是這樣，陳宮還是離開了曹操來投奔我們。將軍你對待陳宮可沒有曹操那樣好，如今你打算丟下妻子兒女和城池孤軍出城，一旦發生變故，我還能成為將軍的妻子嗎？」
呂布一聽，又感覺陳宮的計策不妥，於是便不打算出城駐紮了。陳宮非常生氣，但是也無可奈何。
呂布派人向袁術求救，袁術實力有限，根本沒有辦法救援呂布。
呂布率領一千多名騎兵出城作戰，被曹軍擊敗，只能退回城內。至此之後呂布只是守在城內，再也不敢出城了。
呂布十分勇猛，擅長騎射，號稱「飛將」，但是他缺少謀略，人品低劣，猜疑心很強，部將們人人自危，擔心被呂布責罰，如此一來，軍心自然不穩，一些部將暗中商議對策，他們不想繼續跟著呂布了，準備出城投降。
曹操圍城三個月，決開附近河堤，用河水淹城，城內的將士士氣低落，感到絕望。
呂布的部將侯成、宋憲、魏續用繩子綁住了陳宮，出城投降。呂布站立在白門樓上，自感敗局已定，大勢已去，於是對身邊的人說道：「來吧，取了我的首級，拿到曹操那裡換取榮華富貴吧。」
身邊的人於心不忍，遲遲不敢下手。無奈之下，呂布只能出城投降。
曹軍將士將呂布捆的結結實實，帶到了曹操的面前。
呂布說道：「我對部將們不薄啊，他們為什麼要背叛我？」
曹操冷笑一聲，說道：「你背著妻子，和部將們的妻子私通，這也叫不薄？」
呂布又說道：「繩子綁的太緊了，請松一點兒。」
曹操回道：「綁老虎不得不綁緊一點兒啊。」
呂布的求生欲很強，他對曹操說道：「你以前憂慮的是我，現在我歸順你了，你統率步兵，我統率騎兵，這樣便可以一統天下，無人能抵擋。」
曹操本來想誅殺呂布，聽呂布這麼一說，動了惻隱之心。
這時候劉備冷不丁對曹操說了一句話：「明公難道忘了呂布是如何侍奉丁原和董卓的嗎？」
曹操明白了劉備的意思，呂布毫無忠心可言，之前兩次弒主，屢次更換陣營。如果留下他，就是一個隱患，還不如除掉他，一了百了。
曹操下令將呂布縊殺，然後梟首。之後曹操又下令將陳宮、高順斬首，但是留下了張遼，為自己所用。
曹操召見陳宮的母親，表示會終身奉養她，替陳宮盡孝。此外，曹操還安排陳宮的女兒出嫁，對陳宮的家人多加賞賜。
呂布死後，曹操又招降了呂布的餘部，算是徹底滅掉了呂布的勢力。
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