吕布被困下邳城期间,派许汜、王楷向袁术淮南势力求援,但袁术要求先送女儿成婚。吕布试图趁夜突围护送女儿,但因关羽、张飞拦截失败,被迫退回城内。曹操采用水攻策略,掘沂河与泗水淹下邳城,仅东门幸免,城内陷入绝境。
吕布部将侯成盗赤兔马投曹,引发内部分裂。宋宪、魏续趁吕布疲惫时将其捆绑,插白旗开城投降。曹操攻陷下邳城后,吕布被擒至白门楼,斥责部下背叛,最终被曹操下令处决。高顺被俘后拒降,陈宫痛斥曹操奸诈后慷慨赴死。
张辽因辱骂曹操险遭处决,经关羽力保张辽并刘备劝说,曹操将其招降重用。臧霸等将领相继归顺,曹操安抚徐州百姓后班师回朝。吕布妻女被押往许都,徐州暂由车胄接管,刘备随曹操返回受封赏。此战终结了吕布反复无常的割据势力,曹操进一步巩固中原霸权。