下邳城雖然被灌得到處是水，但還是打不下來，并州軍的戰鬥力可見一斑。曹操下令猛攻，務必儘快將下邳城拿下。
就在攻城戰異常激烈之時，劉備的部將關羽私下裡來見曹操。關羽跟隨劉備來投後，曹操對他很器重，對於特別能打的猛將，曹操一向很賞識。有曹操另眼相看，關羽自認為也能在領導跟前說上話了，於是向曹操提了一個私人請求。
據《蜀記》一書說，關羽想娶呂布部將秦宜祿之妻杜氏，請求曹操城破之後能夠成全。曹操想這也不是啥大事，就一口答應了。可關羽說了一次還不夠，就在城池將要攻破前，又多次向曹操請求，害怕曹操把這檔事給忘了，這下子反而勾起了曹操的好奇心。
《蜀記》的作者王隱是晉代的學者，他的父親也是一名學者，王隱從小受家庭影響走上從文之路。王隱參與撰寫《晉書》，但他拙於文辭，相傳他所撰的《晉書》，凡是精彩之處都是他老爹替他寫的，王隱的作品多「文體混漫」，意不可解。關羽向曹操求杜氏這一情節僅見於他的筆下，有鑒於此，該事件的真實性頗受懷疑。
而在下邳城內，呂布的軍心徹底動搖，除了侯成外，宋憲、魏續等人也有反水的想法。據《三國志武帝紀》記載，城內又堅持了一個多月，宋憲、魏續把陳宮抓了起來，打開城門，投降了曹操。曹軍攻入城內，把呂布也生擒了。
《三國志呂布傳》所載略有不同，說曹軍攻城甚急，呂布帶著一部分手下登上最後一處據點白門樓，呂布看回天無力，於是走下城樓投降（兵圍急，乃下降）。呂布投降後，被人捆了起來。
曹操攜劉備等人隨後登上白門樓，在此建立臨時指揮所，命手下人把呂布等帶了上來。這大概是曹操第一次如此近距離接觸呂布，曹操特別想看看這個名震天下的飛將被捉後是什麼反應。關於呂布見到曹操後的情形，史書有著不同的記載。
據《三國志呂布傳》介紹，呂布見到曹操的第一句話是：「綁得太緊了呀，能不能給鬆鬆（縛太急，小緩之）？」
曹操笑道：「綁猛虎不緊不行呀（縛虎不得不急也）。」
呂布見氣氛不錯，活命的信心大增，他向曹操建議道：「明公所擔憂的不過是我呂布罷了，現在我已經服了，天下不足憂。今後明公統率步兵，讓我統率騎兵，則天下必然平定！」
而《獻帝春秋》記載，呂布見到曹操的第一句話是：「明公好像瘦了。」
曹操有點驚訝，問：「你以前見過我嗎？」
呂布說：「當年在洛陽，在溫氏園中我見過您。」
曹操想了想：「有可能，我全忘了。現在是有點瘦了，那是因為一直抓不到你的緣故呀（恨不早相得故也）。」
《英雄記》一書中記載，曹操與呂布探討了他失敗的原因，呂布說：「我待諸將很厚，但諸將都叛我而去。」
曹操揭了呂布的老底，說：「你背著老婆，霸佔手下將領的太太，這怎麼叫厚道？」這也許是真的，因為呂布聽後默然無語。
《獻帝春秋》稱，呂布還對曹操說：「當初齊桓公舍射鉤，用管仲為相；現在我願意效股肱之力，甘為前驅，可以嗎？」綁呂布的人看來確實下手有點狠，呂布被綁得難受，看到一邊坐著的劉備，就打招呼說：「玄德，你現在是座上客，我是階下囚，能不能幫忙說句話，給我鬆鬆綁（不能一言以相寬乎）？」
曹操笑道：「幹嗎不跟我說，還求玄德呢？」準備下令給呂布鬆綁。
曹操的辦公室主任（主簿）王必正在旁邊，他看到領導有意饒呂布一命，趕緊上前勸道：「呂布可是個強大的敵人（虜也），他還有不少部下在外頭，不能寬恕他。」曹操無奈地說：「本來想從輕發落，但王主任不同意（主簿復不聽），怎麼辦呢？」
王必是曹操的心腹近臣，類似家臣的性質，他很早便追隨曹操，當初通使長安的重任就由他來完成。主簿一般是州一級政府的屬官，曹操此時兼任著兗州牧，王必的這個辦公室主任，推測起來可能是兗州牧的屬官。
但是在一般人的印象中，曹操之所以臨時改變主意要殺呂布，是因為劉備的提醒。劉備一心讓這個反覆無常的呂布死，他看到曹操有些猶豫，就上前說：「明公難道忘了呂布曾經事奉過丁原和董卓嗎（明公不見呂布之事丁建陽及董太師乎）？」曹操點頭稱是（太祖頷之）。
呂布大罵劉備：「你這個小子讓人最不能相信（是兒最叵信者）！」
曹操下令將呂布絞殺。叱吒風雲的一代飛將，就這樣悲劇謝幕了。
曹操難道真的動過不殺呂布之心？倒也有這種可能。曹操很愛才，呂布作為將才在同時代幾乎無人匹敵，他雖然不是一個帥才，但卻是一把攻擊敵人的利器。當年張燕很難打，袁紹一籌莫展，呂布出馬就能迅速搞定。
曹操也不會過於在意那些過往的經歷，從給曹操造成的傷害看，呂布似乎比不過張綉，後來張綉投降曹操，曹操欣然接納。
曹操顧忌的是呂布能否被馴服，最終為自己所用。正如劉備所言，呂布這個人誠信度較低，缺少政治倫理，凡與他合作過的，丁原、董卓也罷，袁紹、袁術、劉備也罷，都吃過他的虧。這一點才是曹操所要考慮的。
殺呂布是曹操早就想好的，他愛才，但不會幹養虎為患的事。至於王必的相勸，有可能是事先安排好的雙簧戲。
領導經常會有些想法不能明說，或者經常說些跟心裡想法剛好相反的話，就需要有人勇敢地站出來背黑鍋，王必就是替曹操背黑鍋的，這也就是為什麼荀攸不來勸，郭嘉也不來勸，而是從未在重大場合出謀劃策過的王必出面相勸的原因。
至於劉備的相勸，那正中曹操的下懷。曹操做出動作要解呂布綁繩的時候，一定拿眼睛在瞟劉備，他估計劉備肯定要急，劉備一急，他就順勢將這把火燒給了劉備。劉備出於對呂布種種作為的切身感受，肯定不希望呂布有東山再起的機會，劉備或許意識到曹操在把禍水往自己身上引，但他沒有別的選擇。
總之，呂布就這樣死了，而且死得很窩囊，是被人勒死的。
一同被殺的還有高順。高順這個人，一生跟隨呂布，《英雄記》說他為人清白有威嚴，不飲酒，不受賄，訓練出一支數百人組成的勁旅，號稱陷陣營，攻無不克，戰無不勝。但呂布更信任魏續等人，經常把高順調教好的兵交給魏續帶，讓高順帶魏續的兵。即使如此，高順仍然毫無怨言。像高順這樣品才皆優的將領實在難找，呂布被殺後，曹操不應該再殺高順，但最終還是殺了，一定是因為高順執意要陪呂布一死，曹操沒有辦法。高順的死法跟呂布一樣：絞刑。
一天之內連殺兩員虎將，曹操心裡肯定覺得可惜。所以，輪到下一個人時，曹操覺得無論如何不能再殺了。
下一個人是陳宮。
這是個老熟人，和曹操有太多的恩怨，即使如此，曹操仍然希望陳宮能回心轉意，只要陳宮自己願意，曹操就打算給他條生路。
陳宮的老母親和女兒也在曹操手上，曹操問陳宮想不想讓老母親和女兒活命。陳宮的嘴很硬，說：「我聽說以孝治天下的人不會絕別人之親，以仁義施於四海的人不會斷絕別人家的祭祀。老母親能不能活命，取決於曹公，不取決於陳宮！」
據《典略》一書記載，在呂布還沒有被殺時，曹操問陳宮：「公台，你平生計謀過人，現在怎會這樣？」陳宮指著呂布說：「都是這個人不聽我的，才至於此。」
陳宮自請一死，態度甚為堅決。陳宮的選擇也是無奈，縱然他還想投降，縱然曹操也願意接納，但曹營的將士們也不會原諒他。與其痛苦地活著，不如慷慨一死。
陳宮徑直往外走，拉都拉不住（遂趨出，不可止）。《典略》說，曹操看著陳宮的背影，不禁流下了眼淚（泣而送之）。陳宮死後，曹操善待他的老母親，撫養他的女兒，後來又給她操辦了婚事。
至此，呂布集團徹底灰飛煙滅。
呂布自追隨丁原起兵以來，先後依附過董卓、袁術、張楊、袁紹、劉備等人，除了張楊對他自始至終以兄弟相待外，其他的人要麼死在他的手裡，要麼對他恨之入骨。
呂布是一員驍將，他縱橫中原，虎步天下，如果只論衝鋒陷陣，估計很少能找到對手。但他謀略有限，眼界也窄，善於短線操作，不能作長遠謀劃，導致一生起起落落，沒能成就出太大的功業，在四十多歲就死了。
呂布雖然也有一些個人魅力，但成大事者僅靠魅力是不夠的，還要有一定的手段，懂得用人攏心之道，在這方面呂布比曹操、袁紹、劉備甚至袁術都有明顯的差距。
陳壽對呂布的評價是：「呂布有虎之勇，而無英奇之略，輕狡反覆，唯利是視。自古及今，未有若此不夷滅也。」意思是：呂布有如猛虎咆哮般的勇猛，卻沒有超群的智慧和謀略，輕浮狡詐又反覆無常，眼中有的只是私利。從古到今，這樣的人沒有不被消滅的。