冬季，十月，曹操在彭城，下令屠城。广陵郡郡长陈登（当时淮南土地都已被袁术攻占，陈登郡长之职，应指遥领淮河以北），率郡政府军充当曹操先锋，挺进到下邳。吕布屡次亲自出马迎战曹操，都被击败，只好退守城堡，不敢再出。

曹操写信给吕布，分析祸福利害，吕布恐惧，打算投降。陈宫说：“曹操远来，补给线过长，不能停留太久。将军如果率领步骑兵大军，驻屯城外，由我率领其他将领，在内防守，曹操如果攻击将军，我就攻击曹操的后背；曹操如果专心攻城，将军就在城外救援。顶多十天半月，曹操军粮秣不继，到时候再行反击，可以破敌。”吕布同意，准备命陈宫跟高顺守城，自己带领骑兵阻截曹操军的粮道。吕布妻对吕布说：“陈宫、高顺，并不和睦，将军一旦出城，二人不可能同心合力。如果有什么差错，将军要往哪里立脚？何况，曹操待陈宫，犹如爹娘待怀抱中的幼娃，陈宫还叛离曹操。你待陈宫，超不过曹操，而竟然把全城交给他，托妻寄子，孤军远出，万一发生变化，我岂能再当你的妻子？”吕布遂打消原来计划。

吕布秘密派他的部属许汜、王楷，向仲家帝（首都寿春）袁术求救。袁术说：“吕布不送女儿，理应失败，为什么又来找我？”许汜、王楷说：“陛下今天不救吕布，是自取败亡。吕布破灭之后，下一个就是陛下。”袁术遂下令动员戒备，作为声援。吕布深恐在女儿送到之前，袁术不会发兵，遂用锦缎把女儿全身包裹，缚到马上，乘夜亲自护送出城，但在突破封锁线时，被曹操军发觉阻截，强弓利箭，不停发射，吕布无法前进，只好再回下邳。

河内郡郡长张杨，跟吕布交谊至厚，打算援救，而力量不足，只能率军驻东市（时张杨驻军野王；东市，野王东郊），遥作声势。

十一月，张杨部将杨丑，格杀张杨，响应曹操。另一部将眭固，又格杀杨丑，率领部众，投奔北方的袁绍（时在邺城）。张杨性情仁爱和平，没有威严，不滥用刑罚，部下有叛变的，发觉之后，只对叛徒流泪，都加原谅，不加追问，遂终于被害。

曹操军挖掘深沟，把下邳围得水泄不通，历时既久，部众疲惫，曹操打算撤退。荀攸、郭嘉说：“吕布虽然勇猛，但头脑简单，而今连战连败，锐气全失。大军的战斗意志，全看主帅。主帅已经丧失锐气，陈宫虽有谋略，但反应迟钝。现在正该乘着吕布的勇气没有恢复，陈宫的谋略没有决定，加强攻击，可以夺取。”曹操遂引导沂水、泗水（二水于下邳城西合流），波涛汹涌，淹灌城堡。这样支持月余，吕布越发窘困，无可奈何，遂亲自登城，对曹操军士喊话说：“你们不要这样困我，我会向曹公自首。”陈宫说：“曹操只是逆贼，什么他妈的曹公！今天投降，就好像用鸡蛋去敲石头，怎能保全？”

吕布部将侯成，有一匹名马失踪，不久找回，大为高兴，将领们共同送了一份礼金，向侯成祝贺。侯成设筵欢宴，并先向吕布呈献一份酒肉。吕布大怒说：“我刚下令禁酒，你们却大喝特喝，打算借着饮酒害我，是不是？”侯成愤怒恐惧。

十二月二十四日，侯成跟其他将领宋宪、魏续等，发动兵变，逮捕陈宫、高顺，率领部众投降曹操。吕布跟他的部属，登上白门楼（下邳南门城楼），曹操军进攻更加猛烈，吕布命左右砍下他的人头，献给曹操，左右不忍下手，吕布遂下楼出城投降。

吕布见到曹操，说：“从今日开始，天下已经平定！”曹操说：“你根据什么？”吕布说：“阁下所苦恼的，只不过我吕布一人，而今我已心服。如果命我率领骑兵，你率领步兵，天下谁能为敌？”又对刘备说：“玄德（刘备别名），你是座上客，我是阶下囚。绳索捆绑得太紧，你为什么不出一言解救？”曹操笑说：“捆绑老虎，不得不紧。”命人替吕布松绑，刘备阻止说：“不可，你没有看见吕布事奉丁原、董卓的结局？”曹操点头，吕布瞅着刘备说：“大耳朵东西（刘备自己可以看到自己的耳朵），最不能信赖。”

曹操对陈宫说：“你这一生，自以为智谋取之不尽，用之不竭，今天怎么样？”陈宫指着吕布说：“是这个人不采纳我的建议，才弄到如此地步，如果他听我的话，未必被俘。”曹操说：“你对老母如何安排？”陈宫说：“我曾经听说，用孝道治理天下的，不谋害别人的双亲，娘亲死活存亡，在你不在我。”曹操说：“你对妻子儿女如何安排？”陈宫说：“我曾经听说，用仁政治理天下的，不灭绝别人的后嗣，妻子儿女死活存亡，在你不在我。”曹操不再说话。

陈宫要求行刑，直出辕门，毫不回顾，曹操忍不住落泪。于是，连同吕布、高顺，同时绞死，然后砍下人头，送回首都许县，悬挂示众。

最初，曹操当兖州州长（刺史）时，徐翕、毛晖是他的将领。后来兖州变乱（指张邈、陈宫之叛），徐翕、毛晖一起背叛。现在，兖州完全底定，徐翕、毛晖再投奔臧霸，曹操命刘备传话给臧霸，要臧霸交出二人人头。臧霸对刘备说：“我所以能站在天地之间，毫无愧色，主要的在于不出卖患难中的朋友。我受主公（曹操）不杀之恩，自不敢违抗命令，然而，英明的领袖，可以用大义说服，请将军代为美言。”刘备把臧霸的话转告曹操，曹操叹息，对臧霸说：“这是古人的行为，你能实践，正是我的愿望。”任命徐翕、毛晖等都当郡长。

陈登建立大功，擢升伏波将军。