这一年的九月，曹操亲自率领大军攻打吕布，在进军到梁国境内时遇到了战败的刘备等人，于是便一同进军至彭城。173臧霸等人得知后，便率众归附了吕布。这时，陈宫向吕布建议说：“应当主动迎击，以逸待劳，无不克也！”吕布却说：“不如待其渡河之时，半而击之。”十月，彭城相侯谐率众反叛，曹操于是在彭城屠城。而后曹操继续进军，吕布便率军迎击。这时候，陈登率领广陵郡兵进抵下邳，从背后袭击吕布。吕布逆战不利，部下骁将成廉为曹军擒获，于是率众撤回下邳。
有资料说当时臧霸有带兵援助吕布，依我看不大可能。一则，臧霸等人所屯驻的莒县距离下邳较远，从路程上说不大能来得及；二则，莒县属青州地界，此时袁谭已几乎占据了青州全境，就差莒县那一块，因而他必然会趁曹操与吕布交战之际，率军收复莒县。如此，臧霸等人便等于是无法脱身的。当然，这也许就是他们为什么会归附吕布的主要原因吧。
另外，按照《三国志》的说法，张辽被吕布委任为鲁相，当时正率军屯驻在鲁县（今山东曲阜）。从地图上看，鲁县已经深入到兖州地界了，看样子应该是在牵制来自兖州方面的兵势。这说明张辽在吕布麾下的时候，吕布就已经让他独当一面了。
随后，曹操与陈登率领大军进抵下邳。这时，陈登的弟兄们全都在下邳城中，吕布便想以此来迫使陈登倒戈，然而陈登却无论如何都不肯屈从。随后，曹操写信给吕布，劝吕布投降。吕布有投降之意，却为陈宫等人劝止。
史书上说，吕布以挟质陈登的亲兄弟来胁迫陈登倒戈，我看这事不大可能。陈登明知道自己的弟兄们都在吕布的手里，却还要率兵前来助曹操夹击吕布，立场已经摆得很鲜明了，吕布又岂会多此一举？想来史书之所以要这样写，无非就是要为陈登不顾家人性命的行为，扭转一下形象，顺便从侧面美化一下曹操。
随即，吕布一面暗中派遣许汜、王楷去向袁术求救，一面又率领千余骑出城逆战，却又战败退还，于是便固守不出。许汜、王楷到了淮南，求见了袁术，袁术却说：“吕布不将女儿送来，失败是他自找的，还来找我做什么？”二人便说：“您如今不肯援救吕布，是等于自取灭亡，吕布一旦战败，您离灭亡也就不远了。”于是，袁术便整顿军队，声援吕布。吕布见袁术不肯发兵前来，便带着女儿趁乘夜前往袁术那里，却在途中遇到了曹军。173曹军弓弩齐发，吕布无法通过，便又撤了回去。吕布回到城中，打算让陈宫、高顺守城，自己率领骑兵
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