建安三年九月，曹操决定亲自东征吕布。同年冬十月，曹军势如破竹，攻克彭城，并展开屠城，俘获了彭城相侯谐。曹操乘胜进军，抵达下邳。吕布亲自率领骑兵迎战，试图抵挡曹操的攻势。但曹操指挥有方，曹军士气高昂，一举大破吕布的军队，还擒获了吕布军中的骁将成廉。曹军乘胜追击，一直追到下邳城下。吕布见曹军来势汹汹，心中恐惧，便想投降。然而，陈宫等人坚决反对投降，极力劝阻吕布，还建议他向袁术求救，并劝说吕布出城迎战。但吕布出战后再次战败，无奈之下只能退回城中，坚守不出。曹操的军队连续作战，士卒们疲惫不堪，曹操见状，便产生了退兵的想法。关键时刻，曹操听取了荀攸、郭嘉的计策，下令决开泗水、沂水，水淹下邳城。
一个多月后，吕布军中发生内乱，部将宋宪、魏续等人抓住陈宫，打开城门向曹操投降。曹操顺利入城，生擒了吕布和陈宫。曹操深知吕布反复无常，陈宫又诡计多端，留着他们恐成后患，于是下令将二人斩杀。
太山郡的臧霸、孙观、吴敦、尹礼、昌豨等人各自聚集了一批人马。在吕布打败刘备时，臧霸等人都追随了吕布。如今吕布战败，臧霸等人也被曹操俘获。曹操深知这些人在当地有一定的影响力，为了稳定局势，他不仅没有为难臧霸等人，反而以优厚的待遇接纳他们，还划出青州、徐州靠近海边的土地，让他们治理，并从琅邪、东海、北海三郡中分出城阳、利城、昌虑等郡。
当初，曹操担任兖州牧时，任命东平人毕谌为别驾。张邈背叛曹操时，劫持了毕谌的母亲、弟弟、妻子和儿女。曹操得知后，体谅毕谌的处境，主动辞退他，说道：“你的老母亲在张邈那里，你可以离开我，去照顾他们。”毕谌听后，向曹操叩首，言辞恳切，表明自己并无二心。曹操被他的忠诚所感动，不禁流下眼泪。然而，毕谌离开曹操后，却背叛曹操，投奔了张邈。等到曹操攻破吕布，生擒毕谌时，众人都为毕谌的性命担忧。曹操却感慨道：“一个人能对自己的亲人尽孝，难道会不忠于君主吗？这正是我所需要的人才啊。”于是，曹操不仅没有惩罚毕谌，还任命他为鲁相。
据《魏书》记载，袁绍一直与原太尉杨彪、大长秋梁绍、少府孔融等人有矛盾，他想让曹操以其他罪名诛杀这些人。曹操