得城池，几乎全部归还曹操。这还不算，吕布连落脚之处都已没有，不得已的情况下，投奔陶谦病故前赠予、接管徐州不久的刘备，刘备让吕布驻屯小沛。
公元196年六月，袁术怂勇吕布部将郝萌发动叛乱，漏夜突袭吕布治所。吕布不知对方虚实，惊慌之中带着家眷逃往高顺营寨。高顺一边差人安顿吕布一家，一边率部前往平叛。在郝萌部将曹性协助下，高顺斩杀了郝萌。事后吕布询问曹性，郝萌因何反叛？曹性说："主要是袁术煽动，但郝萌邀我时，说陈宫也是同谋。"其时陈宫就坐在吕布旁边，听后脸色发红。但奇怪的是，吕布没有为难陈宫。
这年年底，袁术僭越称帝，天下群起声讨。一直以"匡扶汉室"为己任的刘备，带着关羽等将士前往讨伐袁术，张飞则留守徐州。张飞嗜酒，他在宴请守将时，硬要陶谦旧属曹豹喝酒，曹豹喝了一杯后拒喝，张飞怒起，杖击了曹豹五十棍。曹豹遂写信于女婿吕布，嘱他袭取徐州，以雪其辱。
吕布阅罢岳父来信，征求陈宫意见，陈宫认为蜗居小沛，总归不是长远之计，夺取徐州，有利今后发展壮大。于是吕布发兵徐州，赶跑张飞，扣押刘备家室。刘备没法，商请曹操相助并投曹操。曹操与吕布一番斗法后，夺得徐州，并将吕布赶往下邳。
公元198年冬天，曹操围打下邳，开战之前，曹操去信吕布，陈述利害。吕布滋惧，打算投降。陈宫劝道："曹操远道而来，不会久留，只要你主守外城，我主守内城，内、外互相照应，曹操必定寸步难行，曹军吃光粮食，就会自行退去。"
此计本属妙计，但吕布之妻提醒吕布："陈宫与高顺向来不和，如此内外分兵守城，恐有后患。何况曹操以前非常友好陈宫，他尚且反脸叛曹，自从陈宫跟了你，你对他的友好，远逊曹操，你就不担心陈宫叛你？"于是吕布不再实施陈宫之计。
同年十二月，曹操通过水淹下邳之招，逼攻吕布。下邳守军，军心涣散。这天中午，因疲打盹于白门楼的吕布，被手下侯成、魏续、宋宪绑缴曹操，于是城破，陈宫、高顺、张辽等同时被俘。曹操下令将吕布、陈宫、高顺三人处斩，首级送住许都彰功。
据传陈宫受刑前，曹操曾劝他再度出仕，但被只求一死的陈宫严词拒绝。临刑前，曹操与陈宫有过如下对话：
曹操："公台，那你死了，你的年迈母亲又该怎么办呢？"
陈宫："我听说以孝治天下的人，是不会杀别人的母亲的。"
曹操又问："公台，你死
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