建安三年（198年），吕布派人到河内买马，半路上被刘备抢走了买马的钱。
吕布大怒，再次联合袁术，派中郎将高顺、北地太守张辽进攻刘备。
曹操派夏侯惇去救援刘备，被高顺等击败。
九月，高顺攻破沛城，俘虏了刘备的妻子儿女，刘备只身逃走。
曹操打算亲自去进攻吕布，诸将都说：“刘表、张绣在后，如果你率军远袭吕布，必然会发生危机。”
荀攸说：“刘表、张绣刚刚受创，不敢轻举妄动。吕布为人骁勇，又有袁术的支持，如果让他纵横淮河、泗水之间，必有其他豪杰起来响应。他刚刚背叛朝廷，军心不稳，正好率大军前往，一举击破。”
曹操赞同，说：“很好。”
等到曹操大军出动时，泰山军首领臧霸、孙观、吴敦、尹礼等都归附于吕布。
曹操在梁地遇到刘备，一同进驻彭城。
陈宫对吕布建议说：“曹军远来，我军以逸待劳，应该给他们迎头痛击，一战而胜。”
吕布不同意，说：“不然，我们就在这里等他们上门，到时全都赶到泗水中淹死。”
十月，曹操在彭城屠城。
广陵太守陈登率领广陵郡郡兵作为曹操的先锋，进抵下邳。
吕布亲自率军，与曹操军交战多次，全都大败，只好退守城池，不敢出战。
曹操给吕布写信，向他陈述利害。
吕布害怕了，打算投降。
陈宫说：“曹操远来，势必不能停留过久。将军如果率领步、骑兵屯驻城外，我率领剩下的军队守城，如果曹军进攻将军，我就领兵攻击他们的后背，如果曹军攻城，则将军在外援救。不出一个月，曹军粮食就会吃光，我们再行反击，可以破敌。”
吕布认为可行，同意了陈宫的建议，准备留陈宫与高顺守城，自己率骑兵截断曹军的粮道。
吕布的妻子对吕布说：“陈宫与高顺一向不和，将军一出城，陈宫与高顺必然不能同心协力地守城。万一出现什么问题，将军要在哪里立脚？当初曹操对待陈宫，犹如父母对待怀抱中的幼儿，呵护厚爱，陈宫还舍弃曹操来投靠我们。你待陈宫并没有超过曹操，就把全城交给他，抛妻别子，孤军远出。一旦有变，你我夫妻就再无见面之日了。”
吕布一听，犹豫起来，最后打消了出城的计划，偷偷派部下许汜、王楷向袁术求救。
袁术说：“当初吕布无故悔婚，不把女儿送来嫁给我儿子，活该失败，又来找我干什么呢？”
许汜、王楷说：“你现在不救吕布，是自取败亡。吕布一破，你也离死不远了。”
袁术当然明白唇亡齿寒这个道理，嘴里说着气话，却不敢不救援，于是，整顿军备，声援吕布。
吕布听了许汜等人的回报，担心不把女儿送过去，袁术是不会发兵相救的，就用丝绵将女儿裹住，绑到马上，乘夜亲自送女儿出城。
不料被曹军发现，弓弩齐发，不能通过，只得又退回城中。
河内太守张杨和吕布原来都是丁原的手下，张杨为武猛从事，吕布为主薄，关系一向很好。
张杨想去援救吕布，但实力不足，只能率军进驻野王东市，遥作声援，算是尽了兄弟之力。
张杨性格宽厚仁慈，不讲法治，发现部下有人叛变，他还对着叛徒流泪，不加追责，在部下面前很没威严。
十一月，张杨部将杨丑响应曹操，杀死张杨。
另一部将眭固又杀死杨丑，率部北上，投奔了袁绍。
眭固（？－199年），字白兔，蓟州人，原为黑山贼，与于毒、白绕齐名，曾与袁术合谋共攻东郡，反为曹操所败，后成为张杨部下。
曹操挖掘壕沟，将下邳城围得水泄不通，但很久未能攻克，兵士十分疲惫，打算撤军。
荀攸、郭嘉说：“吕布有勇无谋，现在连战连败，锐气已衰。三军完全是看主将的情况，主将锐气一衰，则三军志气全消。陈宫虽有智谋，但机变不够。现在应该乘吕布锐气未复，陈宫智谋未定的时机，发动猛攻，一举消灭。”
于是，曹军开凿沟渠，引沂水、泗水灌城。
又过了一个月，吕布更加困窘，登上城头，向曹军士兵喊话：“你们不要这样逼迫我，我要向明公自首。”
陈宫赶紧劝阻，说：“曹操不过是个逆贼，怎么配称明公？我们现在投降，就好比鸡蛋碰石头，岂能保住性命？”
这时，吕布的部将侯成，丢失了一匹好马，不久又找了回来，将领们联合送礼给他，祝贺他失而复得。
侯成设宴招待诸将，为表示尊敬，先分出一份酒肉，恭恭敬敬给吕布送去。
吕布一见，勃然大怒，说：“我早就下令禁酒，你们却违令酿酒。难道是要借饮酒来共同算计我吗？”
侯成拍马屁不成，反遭一通责骂，又气又怕，便与宋宪、魏续等将领密谋，打算投降曹操。
十二月二十四日，侯成等人突然反叛，抓了陈宫、高顺，率众归降曹操。
吕布率左右亲兵，登上白门楼，此时城楼已被曹军四面紧逼，围得密不透风。
他知道大势已去，反抗纯属徒劳，于是命令左右亲兵砍下他的人头，去投降曹操。
亲兵们不忍下手，吕布只好自己走下城楼投降。
吕布被捆到曹操面前，满不在乎地对曹操说：“今天我虽然被手下背叛，但我一向对手下部将非常厚道，他们只是临时起意，才一起背叛我罢了。”
曹操反驳，说：“你背着你的妻子，与你几个部下的妻子私通，这也叫厚道？”
吕布沉默不语，过了一会儿，说：“从今以后，天下可以平定了。”
曹操问：“为什么这样讲呢？”
吕布轻描淡写地说：“你所顾忌的人，不过是我吕布。现在，我要归顺。如果让我率领骑兵，你统帅步兵，天下无人能敌。”
吕布见刘备在旁，又转头对刘备说：“刘玄德，你是座上客，我为阶下囚，绳子把我捆得太紧，难道不能帮我说句话吗？”
曹操哈哈大笑，说：“捆绑猛虎，不能不紧啊。”下令给吕布松绑。
刘备不紧不慢地说：“不行，你难道没有看到吕布事奉丁原与董卓的情形吗？”
曹操一听，点头赞同，改了主意。
吕布气急败坏，恶狠狠地瞪着刘备，骂道：“刘备你个大耳贼，最不可信！”
曹操又命人押上陈宫，问他：“你平生自以为足智多谋，现在怎么说呢？”
陈宫指着吕布，说：“这个人不用我的计策，才落到如此地步。如果他听我的话，也未必就被你捉住。”
曹操问：“那你的老母亲怎么办呢？”
陈宫说：“我听说，以孝道治理天下的人，不伤害别人的双亲，我老母亲的生死，决定在你，而不在我。”
曹操又问：“你的妻子儿女怎么办？”
陈宫说：“我听说，施仁政于天下的人，不灭绝别人的后代，妻子儿女的生死，也决定于你，而不在我。”
曹操一时无语，半天没有再说话。
陈宫请求受刑，昂首走出门去，不再回头。
曹操知他死意已决，无法劝返，忍不住为他落泪。
不久，陈宫与吕布、高顺全都被绞死，头颅送到京师许都。
曹操把陈宫的母亲召来，好好赡养，直到去世。
又为陈宫的女儿指定婚事，对陈宫家属十分照顾，比当初陈宫跟随自己时还要丰厚。
陈登因功升任伏波将军。
前任尚书令陈纪，与儿子陈群也在吕布军中，曹操对他们全都以礼相待，继续任用他们为官。
张辽率部归降，被任命为中郎将。
臧霸逃到民间隐藏起来，曹操悬赏将他捉拿，派他去招降吴敦、尹礼、孙观等，全都归降曹操。
曹操于是分割琅邪国（治开阳，今山东临沂市北）和东海郡（治郯县，今山东郯城城北），增置城阳（治东武县，今山东诸城市）、利城（治利城，今山东临沭东南）和昌虑（治昌虑县，今山东滕州市东南六十里）三郡，任命臧霸等人为郡太守和封国国相。
曹操非常爱惜人才，宽恕了许多曾经反叛过的将领，委以重任。
魏种是曹操在兖州时推荐的孝廉。
兖州反叛时，曹操对他很有信心，说：“只有魏种不会辜负我。”
没想到，不久就传来魏种逃走的消息。
曹操大怒，说：“除非你魏种逃到南越、北胡去，否则，我绝不放过你。”
后来，魏种逃到射犬。
射犬被曹军攻下后，魏种被擒。
曹操说：“算了，谁叫他有才干呢。”
没有治魏种的罪，还亲自解开捆绑他的绳索，任用为河内太守，负责黄河以北的事务。
徐翕、毛晖是曹操在兖州的部将，陈宫鼓动兖州反叛时，二人都叛变了曹操。
兖州平定后，二人逃亡，投奔了臧霸。
曹操知道后，让刘备带话给臧霸，命令他送上二人的人头。
臧霸对刘备说：“我所以能够自立，正是因为不作这种出卖朋友的事情。主公对我有不杀之恩，我不敢违抗命令。但是，成就霸业的君主，应该信服于大义，希望将军为我美言。”
刘备把臧霸的话转告了曹操。
曹操非常感慨，叹息说：“这是古人的高尚行为，而臧霸能做到，这正是我的愿望。”
于是，将徐翕、毛晖都任命为太守。
还有个叫毕谌的，字子礼，东平郡（治无盐，今山东东平宿城）人。他任东平郡功曹时，曾迎接曹操出任兖州牧，又参与过寿张县大破黄巾军的战役，被曹操升迁为别驾从事。
张邈与陈宫叛迎吕布，劫持了毕谌住在东平的母亲、弟弟、妻子和儿女，逼迫他归附。
曹操听说后，准备放毕谌离开，前去归顺。
他找来毕谌，对他说：“你的老母亲在张邈那儿。你可以离去，我不怪罪。”
毕谌向曹操磕头，表明自己没有二心。
曹操感到很欣慰，为他涕泣流泪。
不想没过多久，毕谌还是离开曹操，逃去了东平。
吕布兵败，毕谌被曹军生擒，大家都为他捏了一把汗，担心他性命不保。
曹操说：“一个能孝顺亲人的人，也必定会忠于君主。这正是我所需求的啊。”不但没有怪罪，还任命他担任鲁国相。
消灭吕布后，曹操的势力扩展到了徐州一带。
袁涣被解救，归附了曹操。
袁涣向曹操建议说：“战争，是凶器，只有在迫不得已的时候才使用它。用道德来鼓动，用仁义来征讨，加上安抚百姓，为他们除掉祸害。做到这样，才可以与他们同生共死。自从天下动乱，已经有十几年了，百姓想要安定的愿望比被倒挂在树上得到解脱还强烈，但暴力和战乱一直没有停歇，为什么呢？大概是政治不在正道上啊！袁涣听说圣明的君主善于拯救天下，所以在乱世的时候可以用大义来统一，世道虚伪的时候就用质朴来治理。但世道改变，时事不同，治国之道自然也会不同。各种制度的删改，是古代与现在一定会不同的地方。如果能平等地爱天下的人，拨乱反正，即使是用武力平定，但依靠德行安抚救助，自古以来的帝王无非也就如此。你的聪慧明智超出当世之人，古代帝王用来获得民心的办法，你已经尽力在做了，会失掉民心的事你也已经不做了。天下人仰赖你，得以免除危亡的祸事，但百姓还不了解其中的大义，希望你用这些事来教化他们，那就是天下万民的大幸事了！”
曹操全部接受了袁涣的建议，任命他为沛郡南部都尉。
这时候，东汉朝廷开始招募百姓开垦屯田，百姓不愿意，有很多逃走的。
袁涣建议曹操说：“百姓安于本土，不愿轻易迁移，不能立刻改变，顺着他们的意愿做事就很简单，违背他们意愿做事就很困难，应该顺应他们的心意，他们喜欢的就采用实施，他们不愿意的也不要逼迫。”
曹操采纳了他的建议，百姓都很高兴。
袁涣被提升为梁相。
袁涣经常向属下各县发布政令：“一定要抚恤鳏夫、寡妇和年事已高的人，表彰孝顺的子孙和贞节的妇女。常言说‘天下安定，礼节制度就会详细，天下动乱，礼节制度就会简易’，这些分寸只不过是在对事情的考虑上而已。现在虽然纷乱不休，全按礼节行事比较困难，但关键还是在于我们怎么做。”
袁涣处理政务，推崇教化训导，遇事以宽厚之心考虑，然后才施行，外表温和柔顺但实际上行事果决。
后来，袁涣因病辞官，百姓都很思念他。
不久，他又被征召为谏议大夫、丞相军祭酒。
袁涣得到很多赏赐，都散给了亲戚、朋友，家中没有积蓄。
他从不过问家中产业，当家用不足时，就向别人索取，从来不故作清白，但也不苛求，人们都很佩服他的清廉。
当时有传言说刘备已死，群臣都为此道贺，袁涣因为刘备曾推举自己为茂才，没有参与祝贺。