背景
漢獻帝興平二年(195年)，曹操在兗州爭奪戰中成功擊敗呂布，呂布只好率領部眾投奔新任徐州牧劉備。其後曹操迎接漢獻帝遷都於許縣，開始了“奉天子以令不臣”的時代。
建安元年（196年），呂布乘劉備與袁術的戰爭相持不下之際，襲取徐州，並自領徐州牧，劉備不得已被迫投靠呂布，暫屯於小沛 。但不久後呂布就因為劉備聚集的兵眾漸多而感到不安，領兵攻打劉備。劉備兵敗，唯有投靠曹操。曹操供給他兵糧，繼續屯駐小沛。
建安二年（197年），當時袁紹已經吞併了河朔，控制了冀、青、並三州，如日中天。曹操在宛城被張繡打敗，袁紹在寫給曹操的書信中態度驕慢，曹操大怒，擔憂袁紹的強大會兼併自己，想要興師討伐又覺得力量不敵，於是郭嘉和荀彧二人為曹操分析袁、曹雙方的十勝十敗（荀彧版本為“四勝四敗”），同時力勸曹操應先乘袁紹進攻公孫瓚的機會消滅呂布，以免一旦與袁紹開戰後，呂布與袁紹聯手夾攻曹操。曹操於是作好攻打呂布的準備。
經過
袁呂反目
此時，稱帝之初的袁術派韓胤將稱帝之事告訴呂布，並希望其子迎娶呂布女兒，從而結為外援。呂布答允並準備送女兒隨韓胤回去。一直對呂布不滿的陳圭擔心一旦呂布和袁術聯手，為禍更深，於是勸呂布不要和袁術交往，而應聯結曹操。呂布因心中仍怨恨初平三年（192年）袁術因不滿自己縱兵搶掠而驅趕自己，於是聽從，並追還女兒和捕送韓胤到許昌，被曹操梟首於市。其後呂布被曹操控制的東漢朝廷任命為左將軍，並獲曹操親筆信慰撫；陳圭子陳登因被呂布所派到朝廷謝恩和答覆曹操。但陳登面見曹操後言呂布勇而無謀，立場飄忽，應當早日除去。曹操亦同意，並讓陳登任廣陵太守，作為內應。 袁術因呂布背信而大怒，派大將張勛、橋蕤聯合韓暹、楊奉等，以步騎兵數萬人，分兵七路，進攻呂布所在的下邳(今江蘇睢寧西北)。呂布只有步兵3000餘人，戰馬400匹，處於絕對劣勢。呂布深怕難以抵擋，於是責備陳圭謀劃之過。陳圭認為韓暹、楊奉只是暫時依附袁術，於是建議呂布說服他們反戈討袁。其後呂布進攻張勛，韓暹、楊奉兩軍趁機倒戈策應，袁軍大敗，呂布一直追擊到淮河以南。圍攻下邳
建安三年（198年），頭考慮不得劉備因為在小沛囤積了大量兵馬，使得呂布開始不安。於是呂布再次與袁術修好，並派高順和張遼進攻劉備，曹操雖派夏侯惇援救，但被高順和張遼擊敗。沛城最終於當年九月被攻破，劉備妻子被擄，單身逃走。曹操於是在此時正式東征呂布。曹操進逼彭城時，陳宮就勸呂布趁曹操勞師遠襲，以逸待勞，迎擊曹操，但呂布卻要堅守下邳等待曹操來進攻。十月，曹操屠彭城，廣陵太守陳登立即倒戈，率廣陵駐兵作為曹操先驅，大軍進至下邳（今江蘇省睢寧縣境內）。呂布親自領兵與曹操進行多次交鋒，但全部都大敗而還，呂布於是退守下邳城中，不敢出擊。
呂布又派屬官許汜和王楷向袁術求救，袁術起初因呂布將女兒追還不嫁為由拒絕，但許汜二人則稱呂布敗後，袁術失去援助，則唇亡齒寒。袁術於是動員軍隊聲援呂布，但沒有立即出兵。呂布以為袁術因嫁女一事而不肯援救，打算親自將女兒送出城，但與曹操軍相遇，不能突出重圍。
曹操軍圍困下邳相當一段時間後，仍未能攻破，士卒疲累，於是有撤退的意思。但荀攸和郭嘉認為呂布自開戰以來已經多次戰敗，作戰的銳氣已下降，認為應趁呂布未回復和陳宮的謀略未定，引兵急攻，這就可以攻破下邳。曹操於是決沂水和泗水灌城。灌城一個多月後，呂布十分狼狽，於是準備向曹操軍要求解圍並投降，但被陳宮制止。
呂布被殺
此時，呂布部將侯成請一人照顧他十五匹馬，但那人卻帶著馬逃走，打算歸降劉備。侯成於是自己追還，馬匹失而復得。眾將於是合資送禮祝賀侯成，侯成亦準備酒和肉慶祝，並在吃以前先送給呂布。但呂布大怒：“我下令禁酒但你卻造酒，想以酒醉對我有所圖謀吧！”侯成事既忿恨又畏懼，於十二月就與宋憲和魏續等人捕捉陳宮和高順，率領部眾向曹操投降。呂布見此，領麾下登上白門樓，見曹軍圍困逼切，因而命令身邊部下取其首級送給曹操，但部下都不忍心，呂布於是宣布投降。呂布投降後被縛見曹操，呂布見曹操後便自詡能率騎兵為他效命，幫曹操平定天下。曹操聽後略有心動，命人將縛繩解松一點。但一旁的劉備立即勸阻，並以呂布曾效力丁原和董卓，但最終二人都被呂布所殺的事說明呂布不可信。曹操猛醒。曹操又向曾為自己屬下的陳宮勸降，陳宮堅決不從，請求立即受刑，曹操忍不住落淚，從此悉心照顧陳宮的母親和妻兒。其後曹操將陳宮和呂布及高順都縊殺，並傳首許昌。
曹操收降了呂布屬下的張遼、陳登父子等人，又招降了原本依附呂布的臧霸、孫觀、吳敦、尹禮和昌豨等當地勢力，並將沿海數郡交給他們管理，穩定了徐州。
