當時，東海人蕭建擔任琅邪相，駐守莒城。他緊閉城門，堅守自保，與呂布沒有往來。呂布給蕭建寫信說：“天下起兵，本是為了誅殺董卓。我殺了董卓，來到關東，想請求援軍西迎天子，光復洛陽。可那些將領們卻自相殘殺，沒人考慮國家大事。我是五原人，離徐州有五千多里，遠在西北邊陲，現在都沒心思來和你們爭奪東南之地。莒城和下邳相距不遠，我們本應互通有無。你要是還執迷不悟，以為每個郡都能稱帝，每個縣都能稱王，那就大錯特錯了！當年樂毅攻打齊國，一口氣攻下七十多座城池，只有莒城和即墨久攻不下，那是因為城中有田單堅守。我雖然比不上樂毅，你也不是田單，你可以拿著我的信，找有見識的人好好商量商量。”蕭建收到信後，立刻派主簿帶著禮物和五匹良馬，前去拜見呂布。

不久後，蕭建的莒城被臧霸襲擊攻破，臧霸搶走了蕭建的物資。呂布得知後，親自率領步兵和騎兵前往莒城。高順趕忙勸諫：“將軍親自斬殺董卓，威名遠揚，威震四方，您只需穩坐城中，顧盼之間，遠近之人自然會敬畏服從。您不應該輕易親自出徵，如果作戰失利，對您的名聲損害可不小。”呂布卻不聽高順的勸告。臧霸擔心呂布進城後燒殺搶掠，果然登上城牆，堅守不出。呂布久攻不下，只能無奈地帶著軍隊返回下邳。不過後來，臧霸又和呂布講和了。

建安三年，呂布再次背叛曹操，轉而與袁術勾結。他派遣高順率領大軍，氣勢洶洶地前往沛地攻打劉備。高順作戰勇猛，指揮有方，劉備的軍隊根本抵擋不住，很快便被高順擊敗。

曹操得知劉備被困，立刻派夏侯惇前去救援。然而，夏侯惇同樣不是高順的對手，也被高順打得大敗而歸。曹操見局勢危急，決定親自出徵，討伐呂布。大軍一路行軍，很快抵達呂布的城下。曹操深知戰爭會帶來巨大的傷亡，也希望能避免不必要的損失，於是他寫了一封信給呂布，在信中詳細地為呂布分析了當前的形勢，曉以利害，勸他投降。

呂布看到曹操的信後，心中有些動搖，他深知曹操的實力，覺得投降或許是個不錯的選擇。可陳宮等人卻心裡清楚，自己曾經背叛曹操，罪孽深重，一旦投降，絕無活路。於是，他們極力勸阻呂布，讓他打消投降的念頭。（《獻帝春秋》記載，曹操的軍隊抵達彭城時，陳宮就對呂布說：“我們應該主動出擊，以逸待勞，一定能打敗曹操。”呂布卻不以為然，說：“不如等他來進攻，到時候把他逼到泗水中。”等到曹操的軍隊攻城越來越急，呂布站在白門樓上，對軍士們說：“大家不要困守了，我去自首，向曹公表明心意。”陳宮急忙阻攔道：“曹操是逆賊，算什麼明公！現在投降他，就像拿雞蛋碰石頭，怎麼可能保全自己！” ）

呂布見曹操大軍圍城，心裡慌亂，趕忙派人向袁術求救。袁術得知後，親自率領一千多騎兵出城迎戰。但他的軍隊根本不是曹操的對手，很快就被打得大敗，只能退回城中，緊閉城門，再也不敢出戰。（《英雄記》記載，呂布派許汜、王楷向袁術求救。袁術卻生氣地說：“呂布之前不把女兒嫁給我兒子，他失敗是活該，還來向我求救幹什麼？”許汜、王楷趕忙解釋：“明上您現在要是不救呂布，您自己也會有危險！呂布一敗，您也離失敗不遠了。”因為袁術當時已經稱帝，所以許汜、王楷稱他為明上。袁術這才整頓軍隊，做出要援助呂布的樣子。呂布擔心袁術因為自己沒把女兒送去而不發兵救援，於是他用綿布把女兒纏在身上，綁在馬背上，打算趁夜親自送女兒出城給袁術。結果在途中與曹操的守兵相遇，雙方發生激烈戰鬥，呂布無法突破防線，只能又退回城中。呂布原本想讓陳宮、高順守城，自己率領騎兵去截斷曹操的糧道。他的妻子卻勸說道：“將軍您親自去截斷曹公糧道的想法是好的。但陳宮和高順向來不和，您一旦出城，他們兩人肯定不會齊心協力守城。要是出了差錯，將軍您又該怎麼辦呢？希望將軍您仔細考慮，不要被陳宮他們誤導了。我以前在長安的時候，就曾被將軍拋棄，多虧了龐舒暗中收留我。現在您不用顧慮我，可也不能不顧大局啊。”呂布聽了妻子的話，心中十分糾結，愁悶得不知如何是好。《魏氏春秋》記載，陳宮也向呂布獻策：“曹公遠道而來，糧草供應困難，肯定不能久戰。如果將軍您率領步騎在城外駐紮，形成犄角之勢，我帶領剩下計程車兵在城內堅守。曹操要是進攻將軍，我就帶兵攻打他的後背；他要是攻城，將軍您就在城外救援。不出十天，曹軍的糧草必然耗盡，到時候我們前後夾擊，一定能打敗他。”呂布覺得很有道理。可呂布的妻子又說：“以前曹操對待你（陳宮）就像對待親生兒子一樣，你還是離開了他。現在將軍對陳宮的待遇還比不上曹操，您卻要把全城、妻子兒女都捨棄，獨自率軍遠出。要是一旦發生變故，我還能做您的妻子嗎？”呂布聽了這話，最終還是放棄了出城截斷糧道的計劃。）

袁術自身難保，根本無法給予呂布有效的救援。呂布雖然作戰驍勇，可他為人沒有謀略，還生性多疑，無法有效地統領和駕馭自己的部下，只知道盲目信任手下的將領。而那些將領們各自心懷鬼胎，相互猜疑，所以每次作戰，呂布的軍隊大多以失敗告終。

曹操將呂布的城池圍困了三個月，城中的軍心開始渙散，上下離心。呂布的部將侯成、宋憲、魏續見大勢已去，為了給自己謀條出路，他們一起將陳宮捆綁起來，帶著自己的部下向曹操投降。（《九州春秋》記載，起初，呂布的騎將侯成派手下人去放馬，結果十五匹馬都被人趕走，朝著沛城方向，想要送給劉備。侯成得知後，親自率領騎兵去追趕，最終把馬都追了回來。其他將領們紛紛湊錢買禮物來祝賀侯成。侯成釀了五六斛酒，又獵到十幾頭豬。他還沒來得及吃喝，就先帶著半頭豬和五斗酒來到呂布面前，跪在地上說：“最近承蒙將軍的恩情，我追回了丟失的馬。各位將軍都來祝賀我，我自己釀了點酒，獵了些豬，不敢獨自享用，先拿來給將軍嚐嚐。”呂布聽後卻大怒道：“我下令禁酒，你卻釀酒，還和將領們一起吃喝，你們是不是想聯合起來殺了我？”侯成嚇得不輕，趕忙離開，把酒都倒掉，還退還了將領們送的禮物。從那以後，侯成心裡一直擔驚受怕，對呂布也起了異心。恰逢曹操圍攻下邳，侯成便率領部下投降了曹操。）

呂布帶著自己的親信登上了白門樓。此時，曹操的軍隊將白門樓圍得水洩不通，攻勢越來越猛烈。呂布走投無路，只能無奈地選擇投降。士兵們將呂布五花大綁，帶到曹操面前。呂布感覺繩子綁得太緊，難受地說：“綁得太緊了，稍微松一點吧。”曹操看著他，冷冷地說：“綁老虎可不能不緊。”

呂布為了求生，趕忙對曹操說：“明公您一直擔心的不就是我呂布嗎？現在我已經歸服了，只要您留下我，天下就沒有什麼可憂慮的了。您率領步兵，我率領騎兵，何愁天下不能平定！”曹操聽了，臉上露出猶豫的神色，似乎有些心動。

劉備在一旁見狀，趕緊提醒曹操：“明公難道忘了呂布是怎麼對待丁原和董卓的嗎？”曹操聽後，微微點頭，心中的疑慮瞬間消散。呂布一聽劉備這麼說，氣得指著劉備大罵：“你這個小子，是最不可信的！”（《英雄記》記載，呂布對曹操說：“我對待將領們不薄，可他們在關鍵時刻都背叛了我。”曹操冷笑一聲：“你拋棄妻子，卻寵愛將領們的妻子，這叫對他們好？”呂布聽了，頓時啞口無言。《獻帝春秋》記載，呂布問曹操：“明公您怎麼瘦了？”曹操反問：“你怎麼認出我的？”呂布說：“以前在洛陽的溫氏園，我們見過面。”曹操說：“哦，我都忘了。我變瘦，是因為遺憾沒有早點得到你這樣的人才啊。”呂布趕緊說：“齊桓公曾不計前嫌，任用射中他衣帶鉤的管仲為相。現在如果您能讓我為您效力，做您的先鋒，怎麼樣？”呂布被綁得難受，又對劉備說：“玄德，你現在是座上客，我是階下囚，你就不能為我說句好話嗎？”曹操笑著說：“你有話怎麼不跟我說，卻去求劉使君？”曹操原本想饒呂布一命，還讓人鬆綁。可主簿王必卻急忙上前說：“呂布是強勁的敵人，他的部眾還在附近，不能對他放鬆警惕。”曹操無奈地說：“我本來想鬆綁，可主簿不同意，這可怎麼辦？” ）