吕布再次和袁术和好后，立刻派他的中郎将高顺以及北地太守张辽攻击刘备。曹操被高顺等打败。秋，九月，高顺等攻占沛城，将刘备的妻儿俘虏，刘备独自逃走。
曹操决定亲自攻打吕布。到出征时，臧霸、孙观、吴敦、尹礼都归属吕布。曹操和刘备在梁地会合，一起驻军彭城。陈宫对吕布说：“应当出兵迎击，以逸待劳，战无不胜。”
吕布说：“不如等他们来，进逼泗水。”冬季十月，曹操血洗彭城。广陵太守陈登率郡中军队为曹操先锋，进军下邳。在多次交锋中，吕布屡屡战败，只好退守城池，不再出兵。
曹操给吕布写了一封劝降信，信中陈明了利害，吕布恐惧，打算投降。陈宫说：“曹操的军队远来，势不能停留过久。将军如果率领步、骑兵屯驻城外，由我率领剩下的军队在内守城，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。用不了一个月，曹军粮食吃光，我们就可以破敌。”吕布同意，打算留陈宫与高顺守城，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，将军要在哪里立足？而且曹操对待陈宫犹如父母对待怀抱中的幼儿，陈宫还舍弃曹操来投靠我们；你待陈宫并未超过曹操，把全城交给他，离别妻儿家小，孤军远出。如果一旦有变，我难道能再做你的妻子吗？”
吕布就打消那个计划，偷偷派遣部下官员许汜、王楷向袁术求救。
袁术说：“失败是应该的，何必找我？”许汜、王楷说：“您现在不救吕布，是自取灭亡。吕布一败，您也就要败了。”袁术于是整顿动员军队，声援吕布。吕布用丝绵裹住女儿身体，绑到马上，乘夜亲自送女儿出城，不料与曹操守军相遇，曹军弓弩齐发，吕布不能通过，只得又退回城中。
曹操久围下邳城而不能攻克，就想撤军回师。荀攸、郭嘉说：“吕布有勇无谋，现在连战连败，锐气已衰。三军完全要看主将的情况，主将锐气一衰，则三军斗志全消。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，定能消灭吕布。”于是，曹军开凿沟渠，引沂水、泗水来灌城。
又过了一个月，吕布更加困窘，登上城头对曹军士兵说：“你们不要这样逼迫我，我要向明公投降。”陈宫说：“曹操不过是个逆贼，怎么配称明公！如果我们投降，性命必定难保！”
吕布部将侯成的名马失而复得，众将领合伙送礼向侯成祝贺，侯成分出一份酒肉先呈献吕布，吕布生气地说：“我下令禁酒，而你们却酿酒，是想乘饮酒共谋我吗？”侯成又气又怕。十二月二十四日，侯成、宋宪和魏续等将领一道抓住陈宫、高顺，率领部下投降。吕布和部下登上白门楼。曹操的士兵围攻得很急，吕布命左右砍他的头去见曹操，吕布的士兵不忍心，于是下楼归降。
吕布见到曹操说：“今天以后，天下就定了。”曹操不解，问其何故。
吕布说：“你所忧虑的不过是我吕布罢了，现在我已经投降了。如果我吕布率领骑兵，天下是不难平定的。”回头他又对刘备说：“玄德，您成为座上的客人，而我成为阶下的俘虏，绳子捆得我很紧，您就不替我讲一句话吗？”
曹操说：“捆虎不得不紧。”说完，就命令放松捆绑吕布的绳索。
刘备说：“不行，你没有看到吕布以前侍奉丁建阳、董太师的事吗？”曹操微微地点点头。
吕布瞪着刘备说：“最不可信的就是你这大耳贼！”
曹操对陈宫说：“你平生自以为有智有谋，现在究竟怎么样？”
陈宫指着吕布说：“现在如此都是他不听我的话的缘故。如我的意见被采用，也未必被捉。”
曹操说：“你的老母亲怎么办？”
陈宫说：“我听说用孝道治理天下的人不杀人的双亲，我老母亲的生死在你，不在我。”
曹操说：“你的妻子儿女怎么办？”
陈宫说：“我听说施仁政于天下的人，不断绝人的后代，妻子儿女的生死在你，不在我。”曹操没有再说话。
陈宫请求受刑，头也不回地走了出去，曹操为他流泪，把他同吕布、高顺一起绞死，将他们的首级送到许县的街市上示众。曹操找来陈宫的母亲，赡养终生，把陈宫的女儿嫁出，并照顾陈宫的全家，远远胜于当初跟随曹操之时。
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