吕布听了这话，转忧为喜，径传令下去：“即日起，下邳城内，上至我吕布，下至普通士卒，凡事一律从简——严禁饮酒，严禁食肉，违令者重责。”此命令虽然苛刻，但军中开支确实因此而节省了许多，曹军包围下邳一个多月，吕布军中衣食无缺。又有哨探来报：“袁术见曹军逼迫吕布太急，已然移营北上，距下邳城三十里下寨。若赶来救援，半日便可抵达。”曹操琢磨过后，下令三军，班师回许都。
荀攸、郭嘉时在军中，见曹操突然宣布撤军，皆大感惊奇，忙入大帐进谏曹操道：“吕布连战连败，扼守孤城，正是天赐良机，可将其一举擒获。主公为何反下令班师？”曹操道：“吕布勇悍无双，更兼陈宫足智多谋，既然再战无益，不如早回。”荀、郭二人道：“主公此言差矣，吕布固然有勇，可惜无谋；陈宫虽有智谋，却应变不足。况且此二人之前屡屡受挫，锐气已然丧尽，主将锐气丧尽，则帐下之兵也斗志全消。既然围困无效，当趁势猛攻，可一鼓而下。”曹操不听。
不日，曹操拔寨而起，向西撤退的消息传到了吕布、袁术二人军中。袁术既见“唇”保住了，又开始担心吕布反复无常，他日会重新成为心腹之患，便差人入下邳，催促吕布交出爱女，许之为太子妃。不防吕布对袁术之前的长期陈兵边境，见死不救早有不满，也恐女儿到了袁术手中，他日会动辄得咎。就在这二人各怀心思，为了一个女子而起争执时，曹操那边，已悄悄的在下邳以西停止了撤军的步伐，急令十万军士就地挖掘壕沟——此壕沟，西北与泗水相通，故一经挖成，便成了沟渠。更兼下邳城相对彭城而言，地势凹陷，待到沟渠挖成之日，那些从泗水导来的河水，皆灌入下邳城中。这正是曹操的一石二鸟之计：一来，他深知吕布、袁术二人貌合神离，之前达成同盟关系，只是迫于曹军的巨大压力，一旦这股压力失去，二人必然又起干戈；二来，开挖沟渠之事，毕竟耗费时日，万一被敌军事先察觉，前来干扰，此计便不得成。荀攸、郭嘉这才知曹操不听二人进谏，只因早有主张，无不钦佩。
这下好了，下邳城一下子水深三尺，城中积粮大多没入水中。又有吕布部下之一，名叫侯成，因蒙受此难，坐骑突然不见。幸得那匹马深谙水性，过了几日，竟然又跑了回来。侯成生平深爱此马，又是失而复得，喜出望外之余，遂置下宴席，邀请同僚赴宴。高顺在受邀之列，第一个抵达，见宴席上有酒有肉，质问侯成道：“主公有令在先，军中不可食肉、饮酒，将军岂可视作儿戏？”于是不等他人集齐，辞别而去。不久，魏续、宋宪等人也已赶到，见了阔别多日的美酒，便要开怀畅饮。侯成因挂念着高顺之言，唯恐他前去向吕布告密，问魏续、宋宪道：“来日主公若责怪我等饮酒，将如何是好？”二人笑道：“此事极易，将军可邀请主公一并赴宴，待其先饮一杯，我等再饮，自然无罪。”
侯成听后，也是大笑，便亲自拜见吕布，邀他赴宴。孰料，吕布正为中了曹操的水攻之计而夜不能寐，见众将一个个兴高采烈的对着美酒佳肴，气不打一处来，当场下令，将侯成押下，斩首示众。魏续、宋宪等人大惊，忙跪倒在地，为侯成求情。吕布经众将劝说，方怒色稍缓，改为杖责二十。
吕布万万没想到的是，这一次，他的心慈手软，竟将他逼上了绝路。几日后，眼见吕布大势已去，又深恨军中法令太过苛刻的侯成、魏续、宋宪等人，率同部下将士谋反，并率先突袭高顺、陈宫二人，将吕布的两大臂膀成功拿下。吕布闻知有变，急忙整军备战时，下邳城门已被打开，曹军从四面八方涌入城内。吕布只得且战且走，退守白门楼（下邳城南大门，因其建筑为白色，故得此称谓），守了半日，其眼见身旁将士伤亡殆尽，迫于无奈，遂面缚舆榇，向曹操投降。
曹操大喜，率一众将官、谋士，以及刘备、陈登等友军将领，共同接见吕布。吕布见刘备于身边经过，暗下问他道：“当日辕门射戟之恩，以及保全您家眷之情，阁下莫不是忘了吧？”刘备神色不动，回道：“自不敢忘。”吕布道：“那便好了，今日您是座上客，我是阶下囚，请务必替我美言。”刘备点点头，径直去了。
少时，曹操升帐完毕，左右将吕布押至其身前。吕布大叫道：“曹将军，我既已真心归降，何以不替我松绑——既得我吕布，从今往后，您自统步兵，将骑兵交由我统领，则天下再无敌手！”曹操素来爱惜人才，且与吕布鏖战多次，已知其勇力，便笑道：“捆绑猛虎，岂能不紧呢……来人哪，替吕将军解开束缚！”
曹操之令方下，下首有一人起身上前，拜过曹操，问道：“大人收用吕布，莫非是忘了丁原、董卓之事乎！”曹操大悟，目视那人，正是之前被吕布夺了徐州的刘备。于是点点头，脸上笑意顿时褪去，杀气毕现。吕布又气又急，大骂刘备道：“大耳儿，亏得我如此信赖你，竟然恩将仇报！”
在他身后，陈宫、高顺二人此时也被押入进来，见吕布这般表现，二人摇摇头，只得叹息。曹操笑问陈宫道：“阁下自谓足智多谋，可与我对抗，今日之事如何？”陈宫昂首答道：“吕布若肯对我言听计从，今日被擒的，未必不是曹公！”
曹操见他一介谋士，无惧无畏，竟远胜吕布，感慨之余，也不禁想起陈宫昔日力助自己入主兖州之大恩，于是又道：“今若将你释放，可愿再入我帐下？”陈宫道：“在下非反复之人也，之前既已背叛曹公，安能再为您效力——但求一死！”
“你死了之后，老母怎办？”曹操又问。
“在下听闻：以孝道治天下者，不伤害敌人之双亲。故在下老母之生死，悬于曹公之手，而不在于陈宫。”
“那你的妻子、儿女，又怎办？”
“在下听闻：以仁政治天下者，不灭绝敌人之后代。故在下妻子、儿女之生死，亦悬于曹公之手，不在于陈宫。”
说完，陈宫反剪双手，已挣扎而去，到了殿外，只听他大声道：“请曹公下令，立即执刑！”
曹操允准过后，忍不住泪下。当日，因陈宫、高顺二人皆不肯降，与吕布一道，俱被绞杀。曹操降得侯成、魏续、宋宪等人，以及吕布另一员猛将张辽，高奏凯歌，班师回朝。
此时为建安三年（公元198年）年末，吕布灭亡之后，徐州刺史改由曹操部下车胄接任。汉献帝因曹操常年东征西讨，劳苦功高，特召见其一众文武，论定功绩。期间，曹操表奏刘备、陈登等人相助平定吕布之功，汉献帝核实无误，遂加拜刘备为左将军，入职朝中；又加拜陈登为伏波将军，兼任广陵太守。曹操既蒙陈宫临终谏言，有心改以“孝道”、“仁政”治理天下，与同样爱民如子的刘备关系一下子变得非常好。众所周知的“曹操煮酒论英雄”，就发生在这一时期。