当时，东海人萧建担任琅邪相，驻守莒城。他紧闭城门，坚守自保，与吕布没有往来。吕布给萧建写信说：“天下起兵，本是为了诛杀董卓。我杀了董卓，来到关东，想请求援军西迎天子，光复洛阳。可那些将领们却自相残杀，没人考虑国家大事。我是五原人，离徐州有五千多里，远在西北边陲，现在都没心思来和你们争夺东南之地。莒城和下邳相距不远，我们本应互通有无。你要是还执迷不悟，以为每个郡都能称帝，每个县都能称王，那就大错特错了！当年乐毅攻打齐国，一口气攻下七十多座城池，只有莒城和即墨久攻不下，那是因为城中有田单坚守。我虽然比不上乐毅，你也不是田单，你可以拿着我的信，找有见识的人好好商量商量。”萧建收到信后，立刻派主簿带着礼物和五匹良马，前去拜见吕布。
不久后，萧建的莒城被臧霸袭击攻破，臧霸抢走了萧建的物资。吕布得知后，亲自率领步兵和骑兵前往莒城。高顺赶忙劝谏：“将军亲自斩杀董卓，威名远扬，威震四方，您只需稳坐城中，顾盼之间，远近之人自然会敬畏服从。您不应该轻易亲自出征，如果作战失利，对您的名声损害可不小。”吕布却不听高顺的劝告。臧霸担心吕布进城后烧杀抢掠，果然登上城墙，坚守不出。吕布久攻不下，只能无奈地带着军队返回下邳。不过后来，臧霸又和吕布讲和了。
建安三年，吕布再次背叛曹操，转而与袁术勾结。他派遣高顺率领大军，气势汹汹地前往沛地攻打刘备。高顺作战勇猛，指挥有方，刘备的军队根本抵挡不住，很快便被高顺击败。
曹操得知刘备被困，立刻派夏侯惇前去救援。然而，夏侯惇同样不是高顺的对手，也被高顺打得大败而归。曹操见局势危急，决定亲自出征，讨伐吕布。大军一路行军，很快抵达吕布的城下。曹操深知战争会带来巨大的伤亡，也希望能避免不必要的损失，于是他写了一封信给吕布，在信中详细地为吕布分析了当前的形势，晓以利害，劝他投降。
吕布看到曹操的信后，心中有些动摇，他深知曹操的实力，觉得投降或许是个不错的选择。可陈宫等人却心里清楚，自己曾经背叛曹操，罪孽深重，一旦投降，绝无活路。于是，他们极力劝阻吕布，让他打消投降的念头。（《献帝春秋》记载，曹操的军队抵达彭城时，陈宫就对吕布说：“我们应该主动出击，以逸待劳，一定能打败曹操。”吕布却不以为然，说：“不如等他来进攻，到时候把他逼到泗水中。”等到曹操的军队攻城越来越急，吕布站在白门楼上，对军士们说：“大家不要困守了，我去自首，向曹公表明心意。”陈宫急忙阻拦道：“曹操是逆贼，算什么明公！现在投降他，就像拿鸡蛋碰石头，怎么可能保全自己！” ）
吕布见曹操大军围城，心里慌乱，赶忙派人向袁术求救。袁术得知后，亲自率领一千多骑兵出城迎战。但他的军队根本不是曹操的对手，很快就被打得大败，只能退回城中，紧闭城门，再也不敢出战。（《英雄记》记载，吕布派许汜、王楷向袁术求救。袁术却生气地说：“吕布之前不把女儿嫁给我儿子，他失败是活该，还来向我求救干什么？”许汜、王楷赶忙解释：“明上您现在要是不救吕布，您自己也会有危险！吕布一败，您也离失败不远了。”因为袁术当时已经称帝，所以许汜、王楷称他为明上。袁术这才整顿军队，做出要援助吕布的样子。吕布担心袁术因为自己没把女儿送去而不发兵救援，于是他用绵布把女儿缠在身上，绑在马背上，打算趁夜亲自送女儿出城给袁术。结果在途中与曹操的守兵相遇，双方发生激烈战斗，吕布无法突破防线，只能又退回城中。吕布原本想让陈宫、高顺守城，自己率领骑兵去截断曹操的粮道。他的妻子却劝说道：“将军您亲自去截断曹公粮道的想法是好的。但陈宫和高顺向来不和，您一旦出城，他们两人肯定不会齐心协力守城。要是出了差错，将军您又该怎么办呢？希望将军您仔细考虑，不要被陈宫他们误导了。我以前在长安的时候，就曾被将军抛弃，多亏了庞舒暗中收留我。现在您不用顾虑我，可也不能不顾大局啊。”吕布听了妻子的话，心中十分纠结，愁闷得不知如何是好。《魏氏春秋》记载，陈宫也向吕布献策：“曹公远道而来，粮草供应困难，肯定不能久战。如果将军您率领步骑在城外驻扎，形成犄角之势，我带领剩下的士兵在城内坚守。曹操要是进攻将军，我就带兵攻打他的后背；他要是攻城，将军您就在城外救援。不出十天，曹军的粮草必然耗尽，到时候我们前后夹击，一定能打败他。”吕布觉得很有道理。可吕布的妻子又说：“以前曹操对待你（陈宫）就像对待亲生儿子一样，你还是离开了他。现在将军对陈宫的待遇还比不上曹操，您却要把全城、妻子儿女都舍弃，独自率军远出。要是一旦发生变故，我还能做您的妻子吗？”吕布听了这话，最终还是放弃了出城截断粮道的计划。）
袁术自身难保，根本无法给予吕布有效的救援。吕布虽然作战骁勇，可他为人没有谋略，还生性多疑，无法有效地统领和驾驭自己的部下，只知道盲目信任手下的将领。而那些将领们各自心怀鬼胎，相互猜疑，所以每次作战，吕布的军队大多以失败告终。
曹操将吕布的城池围困了三个月，城中的军心开始涣散，上下离心。吕布的部将侯成、宋宪、魏续见大势已去，为了给自己谋条出路，他们一起将陈宫捆绑起来，带着自己的部下向曹操投降。（《九州春秋》记载，起初，吕布的骑将侯成派手下人去放马，结果十五匹马都被人赶走，朝着沛城方向，想要送给刘备。侯成得知后，亲自率领骑兵去追赶，最终把马都追了回来。其他将领们纷纷凑钱买礼物来祝贺侯成。侯成酿了五六斛酒，又猎到十几头猪。他还没来得及吃喝，就先带着半头猪和五斗酒来到吕布面前，跪在地上说：“最近承蒙将军的恩情，我追回了丢失的马。各位将军都来祝贺我，我自己酿了点酒，猎了些猪，不敢独自享用，先拿来给将军尝尝。”吕布听后却大怒道：“我下令禁酒，你却酿酒，还和将领们一起吃喝，你们是不是想联合起来杀了我？”侯成吓得不轻，赶忙离开，把酒都倒掉，还退还了将领们送的礼物。从那以后，侯成心里一直担惊受怕，对吕布也起了异心。恰逢曹操围攻下邳，侯成便率领部下投降了曹操。）
吕布带着自己的亲信登上了白门楼。此时，曹操的军队将白门楼围得水泄不通，攻势越来越猛烈。吕布走投无路，只能无奈地选择投降。士兵们将吕布五花大绑，带到曹操面前。吕布感觉绳子绑得太紧，难受地说：“绑得太紧了，稍微松一点吧。”曹操看着他，冷冷地说：“绑老虎可不能不紧。”
吕布为了求生，赶忙对曹操说：“明公您一直担心的不就是我吕布吗？现在我已经归服了，只要您留下我，天下就没有什么可忧虑的了。您率领步兵，我率领骑兵，何愁天下不能平定！”曹操听了，脸上露出犹豫的神色，似乎有些心动。
刘备在一旁见状，赶紧提醒曹操：“明公难道忘了吕布是怎么对待丁原和董卓的吗？”曹操听后，微微点头，心中的疑虑瞬间消散。吕布一听刘备这么说，气得指着刘备大骂：“你这个小子，是最不可信的！”（《英雄记》记载，吕布对曹操说：“我对待将领们不薄，可他们在关键时刻都背叛了我。”曹操冷笑一声：“你抛弃妻子，却宠爱将领们的妻子，这叫对他们好？”吕布听了，顿时哑口无言。《献帝春秋》记载，吕布问曹操：“明公您怎么瘦了？”曹操反问：“你怎么认出我的？”吕布说：“以前在洛阳的温氏园，我们见过面。”曹操说：“哦，我都忘了。我变瘦，是因为遗憾没有早点得到你这样的人才啊。”吕布赶紧说：“齐桓公曾不计前嫌，任用射中他衣带钩的管仲为相。现在如果您能让我为您效力，做您的先锋，怎么样？”吕布被绑得难受，又对刘备说：“玄德，你现在是座上客，我是阶下囚，你就不能为我说句好话吗？”曹操笑着说：“你有话怎么不跟我说，却去求刘使君？”曹操原本想饶吕布一命，还让人松绑。可主簿王必却急忙上前说：“吕布是强劲的敌人，他的部众还在附近，不能对他放松警惕。”曹操无奈地说：“我本来想松绑，可主簿不同意，这可怎么办？” ）