于是，呂布引軍屯南十余里，第二天，呂布再次前來挑戰，曹操把自己的一半士兵埋伏在堤后，另一半的士兵暴露在堤外布下陣勢。
呂布的軍隊逼近時，曹操才命輕裝部隊挑戰，等到兩軍廝殺在一起以后，伏兵才登上大堤殺出，步兵與騎兵一齊沖鋒，大破呂布的軍隊，直追到呂布的營寨才返回。
呂布當夜撤退，曹操將兗州各城全部收復，呂布東逃投奔劉備，張邈到袁術那裏求救，留下張超帶著家眷部屬駐守雍丘。
曹操包圍張超，圍了幾個月，殺了張超和張氏三族，張邈未到壽春，就被他的士卒殺害。
興平二年，呂布見到劉備后，對其非常尊敬，對劉備說：
“我和閣下都是北疆邊境的人，我當時見關東軍起兵，想要誅殺董卓。
但我殺了董卓東出，關東諸將卻沒有一個接納我，都想要殺了我。”
并請劉備坐在帳中的床上，令妻妾向劉備行禮，酌酒飲食，稱劉備為賢弟。
劉備見呂布語言無常，表面以為然之，但心里卻不開心，袁術率軍攻打徐州，與劉備相持于盱眙、淮陰。
相持一個月，雙方互有勝敗，袁術寫信給呂布，許諾送上二十萬斛大米，誘使其襲擊下邳，于是呂布水陸東下，軍隊抵達下邳西四十里時，劉備的中郎將丹楊人許耽派司馬章誑前來迎接呂布，并向呂布透露了張飛和曹豹相爭。
下邳城內大亂，丹陽兵都在西白門城內等待呂布的到來，于是呂布便大舉進軍，早晨到達城下。
天亮后，丹陽兵打開城門，呂布坐在城門上，指揮軍隊大破張飛，俘虜劉備的妻妾兒女及其部曲的家眷。
此時，劉備為袁術所敗逃往海西，饑餓疲憊，向呂布請求投降，呂布又惱火袁術不再運糧來，就準備了車馬迎接劉備，讓劉備擔任豫州刺史，派他駐守小沛，呂布自稱為徐州牧。
同年七月，因李傕、郭汜的火拼，漢獻帝從長安東歸，途徑河東，下詔書令呂布迎駕。
由于呂布的軍隊沒有儲備足夠的糧食，無法勤王，于是呂布派遣使者上書謝罪，朝廷任命呂布為平東將軍，封平陶侯。
建安元年，袁術派大將紀靈帶領步騎共三萬多人馬征討劉備，劉備向呂布求援，呂布手下將領說：
“將軍您一直想除掉劉備，如今可借袁術的手除掉他。”
呂布說：
“并非如此，袁術如果占據了小沛，就會聯合北面泰山一帶的部隊，我們就會被袁術所包圍，我不能不去救劉備啊。”
于是領步兵千人、騎兵二百，飛速趕往小沛，紀靈等人聽說呂布前來援救劉備，只好收兵，不敢輕舉妄動。
呂布在離小沛西南一里的地方扎下營寨，派衛士去請紀靈等將領，紀靈等人也請呂布一起飲酒，呂布對紀靈等人說：
“玄德，是我呂布的賢弟，如今他被諸位所圍，我特意趕來救他，我呂布生性不愛看別人互相爭斗，只喜歡替別人解除紛爭。”