建安三年，呂布再次反叛朝廷與袁術結盟，派中郎將高順、北地太守張遼攻打沛城，擊敗劉備。
曹操派夏侯惇援救劉備，也被高順等人打敗，九月，高順等人攻破沛城，俘虜了劉備的妻兒，劉備敗投曹操。
曹操于是親自率兵攻打呂布，大軍抵達下邳城下，曹操送了一封信給呂布，向他陳述禍福。
呂布想投降，但陳宮等人由于自己對曹操負罪，極力反對，而且對呂布說：
“曹公從遠道而來，其局勢不能持久，將軍如果用步兵和騎兵駐守城外，我率領其余人馬關了城門把守。
曹操如果向將軍進攻，我帶領部隊從后面進攻曹軍；要是曹操只是攻城，將軍就從外面救援。
用不了一個月，曹軍糧食全部用盡，發起進攻就可以打敗曹操。”
呂布同意他的看法，呂布的妻子說：
“從前曹氏對待陳公臺像對待嬰兒一樣無微不至，陳宮仍然丟下曹操投靠我們。
現在將軍對待公臺的好處并未超過曹氏，卻打算丟下全城和妻子兒女孤軍遠出嗎？
一旦發生變故，我難道還能成為將軍的妻子嗎？”
于是呂布作罷，但暗中派人向袁術求救，又親自率領一千多騎兵出城，打敗后退回城內，守住城不敢出去。
袁術也不能援救，呂布雖驍勇剛猛，但少謀而心胸狹隘多猜忌，不用陳宮建議，諸將又各自猜疑，所以每戰多敗。
曹操圍攻三個月，決水圍城，呂布軍中上下離心，其部下侯成、宋憲、魏續反叛，縛了陳宮投降，呂布在白門樓見曹軍攻急。
大勢已去，于是令左右將他的首級交給曹操，左右不忍，便于十二月癸酉下城投降。
呂布被捆到曹操面前，對曹操說：
“我對手下部將可是夠厚道了，是他們臨時一起背叛我罷了。“
曹操說：“你背著你的妻子，與你幾個部下的妻子私通，怎么能稱為厚道呢？”
呂布沉默不語，呂布曾要求松綁，曹操笑說：
“捆綁老虎不得不緊。”
呂布又說：
“曹公得到我，由我率領騎兵，曹公率領步兵，可以統一天下了。”
曹操頗為心動，但劉備在一旁說：
“明公您看見呂布是如何侍奉丁建陽和董太師的嗎！”
呂布死前說：
“大耳兒劉備最不能相信！”
最終呂布被縊殺，然后梟首，其部屬陳宮、高順亦拒降被處死，張遼則領兵向曹操投降。
曹操下令將呂布、陳宮、高順的首級送往許都彰功，然后下葬。
曹操召見陳宮之母，并終身奉養陳宮之母，又給陳宮之女安排出嫁，撫視其家，對待陳宮的家人比當初更加厚重。