建安三年（198年），吕布再次反叛朝廷与袁术结盟。吕布曾派人带金子欲到河内郡买马，被刘备军抄掠。吕布于是派中郎将高顺、北地太守张辽攻打沛城，击败刘备。曹操派夏侯惇援救刘备，也被高顺等人打败，九月，高顺等人攻破沛城，俘虏了刘备的妻儿，刘备败投曹操。
曹操于是亲自率兵攻打吕布，大军抵达下邳城下。曹操送了一封信给吕布，向他陈述祸福。吕布想投降，但陈宫等人由于自己对曹操负罪，极力反对，而且对吕布说：“曹公从远道而来，其局势不能持久，将军如果用步兵和骑兵驻守城外，我率领其余人马关了城门把守。曹操如果向将军进攻，我带领部队从后面进攻曹军；要是曹操只是攻城，将军就从外面救援。用不了一个月，曹军粮食全部用尽，发起进攻就可以打败曹操。”吕布同意他的看法。吕布的妻子说：“从前曹氏对待陈公台像对待婴儿一样无微不至，陈宫仍然丢下曹操投靠我们。现在将军对待公台的好处并未超过曹氏，却打算丢下全城和妻子儿女孤军远出吗？一旦发生变故，我难道还能成为将军的妻子吗？”于是吕布作罢，但暗中派人向袁术求救，又亲自率领一千多骑兵出城，打败后退回城内，守住城不敢出去。袁术也不能援救。吕布虽骁勇刚猛，但少谋而心胸狭隘多猜忌，不用陈宫建议，诸将又各自猜疑，所以每战多败。
曹操围攻三个月，决水围城，吕布军中上下离心。吕布部将侯成丢失了名马，不久又再次找到了，诸将合礼来祝贺侯成。侯成分酒肉款待大家，先入献给吕布。吕布怒曰：”我吕布禁酒而卿等酝酿，为欲因酒共谋我吕布吗？“侯成又愤怒又恐惧，于是，在十二月癸酉（199年2月7日），侯成与宋宪、魏续反叛，缚了陈宫投降，吕布在白门楼见曹军攻急，大势已去，于是令左右将他的首级交给曹操，左右不忍，[33]便下城投降。
吕布被捆到曹操面前，对曹操说：“我对手下部将可是够厚道了，是他们临时一起背叛我罢了。“曹操说：你背着你的妻子，与你几个部下的妻子私通，怎么能称为厚道呢？”吕布沉默不语[35]。吕布曾要求松绑，曹操笑说：“捆绑老虎不得不紧。”吕布又说：“曹公得到我，由我率领骑兵，曹公率领步兵，可以统一天下了。”曹操颇为心动，但刘备在一旁说：“明公您看见吕布是如何侍奉丁建阳和董太师的吗！”吕布死前说：“大耳儿刘备最不能相信！”最终，吕布被缢杀，然后枭首。
吕布手下的陈宫、高顺拒降，也被处死。曹操下令将吕布、陈宫、高顺的首级送往许都彰功，然后下葬。[36]曹操召见陈宫之母，并终身奉养陈宫之母，又给陈宫之女安排出嫁，抚视其家，对待陈宫的家人比当初更加厚重。前尚书令陈纪、陈纪的儿子陈群也在吕布军中，曹操皆礼而用之。吕布手下的张辽时任鲁国的国相，张辽率领鲁国军众投降，曹操任命张辽为中郎将。吕布手下的臧霸是泰山贼，选择了亡匿，后来，曹操派人找到臧霸，又让臧霸招吴敦、尹礼、孙观等，他们皆诣曹操而降。至此，昔日的吕布集团，化作历史的尘埃。