新野刘氏灭亡，曹操夺得新野重镇，中部防守压力大减。因为周边没有战事，曹操统领典韦、郝昭、郭嘉等奔赴徐州，会合夏侯淳部，准备集中兵力，灭掉吕布。
曹操留下管亥、程昱驻守徐州，亲领大军十五万攻打都阳。吕布闻知曹操重兵来攻，因为陈宫大病初愈，不能随军出征，让陈宫统领魏续、牛金等将共三万兵马驻守下邳。亲统张辽、高顺等将赴都阳防守。
陈宫判断此时敌我势力，分军都阳必然失败，吕布临行前劝道：“如今之势，不若弃守都阳，集兵坚守下邳，使人与袁绍结盟，再说服金旋出兵，如此曹军必退。”吕布依恃勇力，不听陈宫忠言。
曹操统领重兵来到，吕布领兵出城，左边高顺，右边张辽，骑着赤兔宝马，手持方天铁戟，威风凛凛。曹操以马鞭遥指吕布，对众将说：“吕布自恃其勇，性情暴虐，不恤将士，必败于我军。”
吕布拍马而出，呼曹操答话。吕布喝道：“西王何故又犯我界？”曹操故意激吕布发怒，道：“军中缺粮，来此借些粮草。”曹将闻言皆笑。吕布大怒，催马径取曹操，曹军众将连忙催马上前，截住吕布大战。高顺、张辽两将亦领兵杀上，两军厮杀激烈，从日出至午时，血流成河，死者无数。两军皆疲，鸣金收兵。
两军交锋数日，未有胜负，偏逢连降暴雨，两军罢战。曹操与郭嘉观察都阳地势，见都阳东侧有河，因为连日暴雨，河水暴涨，水势甚大，又观都阳城中地势低洼。
郭嘉道：“攻克徐州之时，与如今类似。”曹操闻言醒悟，拍手叫好。曹操回营命令各营屯于高处，让典韦统兵堵住其河下游，决堤引水淹入都阳。都阳城小，顷刻水高三尺。
张辽见状，急劝吕布弃城。吕布闻言，统兵出城，屯于高处。张辽环视四周皆是水泽，又无关隘可守，担心曹操诡计，又劝吕布统兵返回下邳。吕布因为涉水行军，多损战力，不听劝阻，让部下士兵在高地扎营，将城中粮草搬运过来。
越几日雨停，曹操见水势已小，让典韦统兵五万进入都阳驻守。吕布闻讯大怒，统兵复去夺城，攻城不利。又思曹操水攻之法，让军士决河堤灌城，然而此时水面已落，决河无效。吕布领兵攻城几日，均无功而返。曹操此时巡察都阳，见城中不再泥泞，尽迁士兵入城。
吕布意欲退兵，又恐陈宫耻笑，统领部下急攻。曹操故意惹吕布发怒，坚守不战，与郭嘉等饮宴城头，指点吕布兵马谈笑，视城下吕布军若无物。吕布大怒，亲自统军攻城，张辽上前劝阻，谓此为曹操之计。吕布不听，攻城半日，无功欲要回军。曹操在城上见吕布部下战力将尽，尽起城中重兵杀出，吕布兵力本少，攻城半日士兵均已疲乏，被曹军杀得大败，折兵万余。吕布引败兵退回下邳。
曹操夺得都阳，又调曹洪、夏侯和统三万兵马前来，在都阳整兵数日。兵马聚齐，曹操留夏侯和领兵两万驻守都阳，统领大军南下，攻打下邳。