吕布，劲虏也，其众近在外，不可宽也。
——曹操
曹操准备领兵亲征吕布，但好多将领的意识仍然停留在一年前的水平上，皆曰：“刘表、张绣在后，而还袭吕布，其危必矣。”荀攸支持曹操的决策，指出此时与彼时不同，“表、绣撕破，势不敢动；布骁猛，又恃袁术，若纵横淮、泗间，豪杰必应之，今乘其初叛，众心未一，往可破也。”荀攸的分析，意在两个“势”字，一是刘表、张绣“势不敢动”，二是吕布初叛，其势未成。这正是曹操决定此时用兵吕布的原因所在。
曹操兵进，刘备于梁国界中与操相遇，遂随操东征。曹操兵至彭城（今徐州），陈宫对吕布说：“宜逆击之，以逸待劳，无不克也。”吕布认为“不如待其来攻，蹙著泗水中”。冬十月，曹操屠彭城。此前安排好的广陵太守陈登率郡兵为操先驱，进至下邳。吕布率兵数次与曹操战，皆大败。曹操攻城急，兵至城下，给吕布送去一封信，陈说祸福，吕布欲降，“陈宫等自以负罪于操，深沮其计”。陈宫说：“曹公无农副业，势不能久，将军若以步骑出屯于外，宫将余从闭守子内。若向将军，宫引兵而攻其背；若但攻城，则将军救于外。不过旬月，军食毕尽，击之可破也。”布然之，欲使陈宫与高顺守城，自将骑兵切断曹操粮道。结果听了妻子有关陈宫不可信任的话，没有按照陈宫的计策办，而是遣人向袁术求救。袁术本来对吕布一肚子气，仅仅整顿兵马遥作声援，并未正式发兵，吕布以为袁术是因为自己不嫁女，所以不发救兵，于是把女儿绑在马上，趁夜自送女出，结果被曹军乱箭射回。
曹操掘挖濠沟围困下邳，久攻不下，士卒疲惫，想暂时收兵。荀攸、郭嘉急忙阻止，说：“吕布勇而无谋，今三战皆北，其锐气衰矣。三军以将为主，主衰则军无奋意。夫陈宫有智而迟，今及布气之未复，宫谋之未定，进急攻之，布可拔也。”曹操于是引沂水、泗水灌下邳。月余，布益困迫，准备投降，站在城墙上对曹操的兵士说，你们不必困我了，“我当自首明公”。陈宫急忙阻止说：“逆贼曹操，何等明公。今日降之，若卵投石，岂可得全也。”时，吕布之众已处慌乱之中。吕布虽然骁猛，但无谋而多疑，诸将各怀异心，形不成战斗力，所以每战多败。曹操水困下邳，围城三月，布众上下更加离心。十二月癸酉其将侯成与宋宪、魏续等一起把陈宫、高顺捉起来，率众投降曹操。吕布与其麾下登上邳城南门（白门楼），令左右割下他脑袋送给曹操，左右不忍，于是自己出降。曹操令人把吕布绑起来，“缚太急”，布请求“小缓之”，操曰“缚虎不得不急也。”吕布对操说：“明公所患不过于布，今已服矣，天下不足忧。明公将步，令布将骑，则天下不足定也。”时，刘备在旁，吕布顾谓刘备说：“玄德，卿为坐上客，我为降虏，绳缚我急，独不可一言邪？”曹操意欲活布，令使宽缚，刘备急阻止，说：“不可。明公不见吕布事丁建阳、董太师乎？”吕布曾是丁原（字建阳）、董卓的部将，二人都是被吕布亲手杀死的。曹操明白了刘备的意思，点头表示理解。吕布怒视刘备说；“大耳儿，最叵信！
曹操命人把吕布勒死，然后将其人头送许。
与吕布同时被杀的还有陈宫、高顺等。曹操杀陈宫前，两人有几段生动的对话，反映出曹操为人的另一面：重义、重情、重才。现据《三国志·吕布传》注引《典略》录如下：
下邳败，军七执布及宫，太祖皆见之，与语平生，故布有求活之言。太祖谓宫曰：“公台，卿平常自谓智计有余，今竟何如？”宫顾指布曰：“但坐此人不听宫言，以至于此。若其见从，亦未必为擒也。”太祖笑曰：“今日之事当云何？”宫曰：“为臣不忠，为子不孝，死自分也。”太祖曰：“卿如是，奈卿老母何？”宫曰：“宫闻将以孝治天下者不害人之亲，老母之存否，在明公也。”太祖曰：“若卿妻子何？”宫曰：“宫闻将施仁政于天下者不绝人之祀，妻子之存否，亦在明公也。”太祖未复言。宫曰：“请出就戮，以明军法。”遂趋出，不可止。太祖涕而送之，宫不还顾。
陈宫死后，曹操厚待其家，养其母，嫁其女，表现出极大的仁慈和宽宏大度。
对于吕布，曹操欲活之，刘备欲杀之。就政治家的角度言，无可厚非，但就人品言，刘备之谲诈似亦不在曹操之下。至于吕布乞生偷死，虽可理解，但足见其不明大义，少英雄之气度。因为就当时的情势来说，曹操最终不能不把吕布杀掉，正如曹操的主簿王必所说：“布，劲虏也，其众近在外，不可宽也。”杀布，树倒猢狲散，一股劲敌就算彻底解决了。
对于陈宫，曹操虽然不无念及曾为自己心腹、劝领兖州等功，但就军法论不能不杀。陈宫自己也很明白无求活之理，从容趋死。这是很有自知之明的，较之吕布可谓多了几分悲壮之气。当然，陈宫赴死之前也不再“逆贼”称操，而称其为“明公”，并表现出某些乞求宽其亲属的言论，度之情理，于宫完全可以理解；于操，则体现出在顺境情势下，颇能度情处事。曹操于建安三年九月率兵击吕布，十月屠彭城，至下邳，围城月余，十二月癸酉（公元199年2月7日）吕布投降，前后不过三个月便解决了最使他担心的劲敌之一。他为什么能够这样顺利地攻灭吕布呢？
第一，战略决策正确，时机选得好。先取吕布是曹操同其幕僚经过反复磋商定下来的。本来吕布雄踞徐淮，扼南北之冲，南可连袁术，北可通袁绍，又与刘备相犄角，实难图之。曹操抓住时机，不仅没有让他形成这种优势，而且使他成了孤立之敌。
第二，战术运用得当。曹操击吕布没有把战线拉得很长，而是集中力量于一条线上。曹操出兵在今河南淮阳与刘备相遇，然后合兵直驱吕布老巢彭城（今徐州），屠城之后，即以陈登为先驱直逼吕布败守之下邳（今睢宁北）。兵至下邳，掘堑而围，并引沂、泗水灌城，下邳四面汪洋，吕布的士兵自然夺气。一个多月下来，吕布在既无援兵，又无储粮的情况下，而益迫困，不得不降。这可谓是一次运用集中力量打歼灭战的成功战例。
第三，借用非己之兵以益军势。曹操出兵名义上是应刘备求援而发，实则恰好利用了刘备的万余兵力。时之刘备如同丧家之犬，合兵归操，殊卖力气，而且让曹操最后下定决心把已经投降的、本可赦免的吕布送上断头台。
第四，用间成功。一年前，曹操即已约陈登父子为伐吕布的内应，此举发挥了很大作用。陈登以一郡之兵为其先驱，不仅军事上大增曹操之势，而且政治上瓦解了吕布的军心第五，敌方，即吕布策略失当，在客观上为操提供了有利战机。其一，吕布先战袁术，后袭刘备，未曾虑及曹操即时来伐，自失其援，陷入孤立；其二，不用谋将之策，而听信妻子疑将之言，初不“以逸待劳”以逆击操，后不分兵内外遥相呼应，致使操直捣城下；其三，战酣之际怒辱大将，酿成内变，陈宫、高顺既已被执，城实已破，但他没有想到在曹操与刘备两大政治权术家面前殊难保住性命。
曹操、吕布自开战以来，吕布以其勇猛，令曹操拿他没有办法，最后，不得不采取“关门捉贼”的办法。对于凶猛的野兽，人们最常采取的办法是：想办法将它困在一个地方，使它求生不能，求死不得，最后困得精疲力竭，瞄准机会，一举捕获。对于吕布之败，五分在曹操，五分在布，如果吕布按照陈宫想法，可能不会被捉，吕布死就死在多谋无断，儿女情长，轻贱将士，使之愤而反之。曹操这次困吕布，先截断吕布的退路，然后采取郭嘉的计谋决沂、泗之水，水淹下邳。擒获吕布，保证曹操伐袁氏兄弟时后方的安全。关门捉贼，是对弱小敌军采取的四面包围，聚而歼之的谋略。如果让敌人得以逃脱，反而被别人所得而利用，情况就会变得复杂。穷追不舍，一怕它拼命反扑，再者又怕中诱敌之计。所以对于“贼决不能让他逃脱，而是要截断他的后路，聚而歼之。
曹操攻灭吕布是其走向最后成功的重要一步，其重大影响，很快显示出来，第一，解除了北向用兵、尤其是对付袁绍的后顾之忧，不再两面对敌；第二，使袁术成为孤立的敌人，企图南巡北走，均不得逞，愤然呕血而死；第三，使张绣真正队识到出路在于投靠曹操。一句话，并没有用多长的时间，长江以北，扬、徐、兖、豫便皆为已有了。