曹操與夏侯惇所部以及兗州諸部合兵一處，越過徐州地界向呂布發難。
對於曹操這一次的“侵犯”，呂布其實是有所準備的。早在攻打小沛之際，他就與孫乾、簡雍等人詳細計議了一番，依舊遵循當初濮陽之戰的策略，以逸待勞籠城而戰。有所不同的是，如今呂布的地盤大了，他不再僅以大本營下邳城爲據點。而是自己與簡雍鎮守下邳，以孫乾及部將、魏續、成廉等會合各部人馬集結于徐州西端的彭城，意欲將曹軍阻擋在徐州之外。
曹呂兩軍在彭城以西各列陣勢進行會戰。特別有趣的是，這一次雙方所部的陣勢竟與當年濮陽之戰幾無差別。
曹操依舊在曠野上將大軍分作四隊，自己統領着長年跟隨的沛國嫡系部隊、曹純的虎豹騎當中列隊；左翼乃程昱、李典、呂虔等率領的兗州軍；右翼則是夏侯淵、韓浩、劉若等暫領的夏侯惇的部隊以及劉備那些殘兵；而在最前面，是于禁、樂進、朱靈、徐晃四員悍將率領的騎兵精銳。前軍抵禦敵鋒，左右兩翼包抄，後面中軍跟進，他們的打法顯而易見。
可呂布那一邊則麻煩許多。雖然他們總兵力與曹操在伯仲之間，但分屬於各個派系，只是同歸在呂布這個軍事聯盟。經過反覆協商，最終組成了一個尖刀陣型。刀鋒是魏續統領的幷州兵精銳，往後是成廉督率的其他幷州軍與曹性督率的河內兵；最後面則是昔日跟隨呂布叛亂的山陽太守毛暉、東平太守徐翕率領的兗州叛軍，還有許耽率領的丹陽兵和徐州本土兵，他們也算是呂布的直轄部隊。而出人意料的是，廣陵太守陳登竟主動請纓，甘願率五千廣陵兵作爲第二主力，生生隔在了這兩支呂布嫡系的中間！
至於豪強騎都尉臧霸，還有孫觀兄弟、吳敦、尹禮、昌霸那些小割據的兵馬，則由孫乾組織起來，在尖刀陣之後或南或北鬆鬆散散地列出一個半圓。他們不是呂布的親信，還因私自攻殺琅邪相蕭建跟呂布鬧過沖突，不會一心一意爲之賣命。但曹操代表着朝廷，一旦歸屬朝廷也就意味着失去自主武裝，相對而言呂布縱容他們搞割據，擁護呂布自己的路能走得更長遠些。所以這些人不打算率先投入戰鬥，但會在兩軍難分勝負的情況下出手幫魏續一把，將曹軍趕出徐州。
勢均力敵的兩方軍馬自上午巳時列陣完畢，旌旗蔽日刀槍如林，可是作爲入侵一方的曹操卻始終無法傳令攻擊。他心裡很清楚，自許都拉來的人馬是疲兵、夏侯惇的隊伍吃過敗仗是怯兵、兗州各地集結的隊伍是散兵，莫看湊在一起像模像樣，可要是真刀真槍幹上就不成了。曹操希望這個時候陳登能有所舉動，只要廣陵兵鬧起來，對方陣型勢必打亂，那樣自己就可以趁火打劫了。想至此曹操下令狠敲軍鼓卻不進軍，想要以此給陳登一個訊號，可不知是陳登不理解還是有別的緣故，敵人的陣型始終無絲毫混亂。
孫乾始終有疑慮，今日大戰在即，魏續等人能不能全心全意輔助他呢？後面諸部人馬也是皆有異心，萬一衝鋒不勝，魏續再不出力，大軍馬上就會崩潰。他考慮再三，畢竟己方是被侵犯的，只要能抵禦住敵人就算是勝利。所以孫乾也不下令衝鋒，聞聽曹軍鼓響，也傳令擊鼓助威。
殺氣騰騰的戰場上，交相呼應的鼓聲似萬馬奔騰一般，連大地都被震得瑟瑟抖動。雙方刀槍劍戟密排成林，兵鋒對敵不敢有絲毫鬆懈，但誰也不願釁自我開，陰森可怖的對峙場景竟持續了將近半個時辰！
曹操焦急地立在大纛旗下，眺望對方陣營，腦海裡瞬息不停地思考着。如果臨時有變，陳登不作出迴應，這場仗又該怎麼打呢？對方戰鬥力強，但是人心不齊；自己這邊齊心協力是不成問題的，但戰鬥力卻遠不如敵人。真要是硬碰硬地打，結果必然兩敗俱傷，縱然可以擊敗孫乾，自己也將元氣大挫，莫說翻過身來打袁紹，連兵進下邳都成問題了。他思來想去心裡沒數，額頭已冒出涔涔的汗水。
就在這時，忽見本陣南邊一陣騷亂，軍兵閃躲之間奔來一騎戰馬。那馬上之將頂盔貫甲，鸚哥綠戰袍；赤紅臉，臥蠶眉，丹鳳眼，五綹長髯飄前胸；手擎着青龍偃月刀正是關雲長！
“站住！”有虎豹騎橫住大戟趕忙喝止道：“大帥本陣豈容擅闖？”
關羽一撥戰馬不再向前，猛然對曹操喊道：“明公何故還不傳令？兩軍相逢勇者勝，此時不戰更待何時！”
這聲大喊懾得曹操心下一陣翻滾。他一咬牙一狠心，拔出青釭寶劍傳令道：“前軍出擊！”
前軍出擊……前軍出擊……前軍出擊……傳令官一聲接一聲喊着。關羽一擺掌中大刀，竟不歸右軍，徑自往前助陣而去。
對面高順緊握繮繩立在隊伍的最前沿，屏息凝神觀望曹軍一舉一動。猛然間，見肅立的前軍忽然一聲大喊：“殺啊……”數千騎兵如潮水般涌了過來。孫乾暗道一聲“來得好！”之後又喊道：“射箭。”幷州騎兵已經搭弓在手。密密麻麻的箭枝似飛蝗般射去，衝鋒的曹軍落馬的落馬、撥打的撥打、閃避的閃避。孫乾抓住時機再次喊道：“衝鋒，幷州騎兵也好似那離弦之箭，催動戰馬直撲曹軍。
幷州騎兵本就是精銳，前面魏續帶領的還是精銳中的精銳，這隊兵能征慣戰曹軍騎兵還在忙於招架弓箭，卻見對手似閃電般奔到眼前，還未來得及舉起兵刃，冷森森的長矛已經插入了胸膛！眨眼間，一排騎兵當即落馬，有的撲地而亡，有的就地翻滾被鐵蹄踏爲肉醬。
曹操的前軍也是精挑細選的，但他們的本事在幷州精銳面前猶如兒戲，衝鋒立時停頓下來，只有招架之功毫無還手之力。魏續親率兵將奮力而戰，長矛似鬼魅銀蛇般竄來竄去，三突兩突之間就攻破了曹軍的防線。川壅一潰，傷人必多！幷州精銳突騎長矛連聳，像扎蛤蟆一樣將蜂擁而至的曹軍刺死，生生從前軍陣營貫穿而過，駁過馬來翻身再殺。多虧陣中尚有于禁、樂進、朱靈、徐晃四員悍將，再添上一個憤然加入戰團的關羽，雖然陣勢已亂卻未潰散。五員將各揮兵刃奮力搏殺，但一人之勇怎敵羣魔交織，只不過是斬一兩個對手落馬而已。
曹操在後面看得清清楚楚，這樣打下去，前軍早晚會徹底垮掉。而前面一潰後面的軍兵瞧在眼裡，這仗立時便沒法打了。他趕緊傳令全軍突擊，務必要在前軍潰敗之前鞏固住陣腳。
號令一出，左中右三陣步兵齊上，似浪頭般將前軍與幷州精銳一併卷在人潮之中。對面的成廉、魏續等人見狀，唯恐敵衆我寡，趕緊招呼全軍出動，剩下的幷州騎、河內兵也迅速加入了搏殺。霎時間戰馬狂嘶兵刃相交，殺了個昏天黑地鬼哭神嚎。
就在這人聲鼎沸的衝鋒之際，呂布那一方出了大問題！
前軍已然盡數出動，按理說後面的部隊應該疾速跟進乘勢掩殺。但陳登所部的廣陵兵卻突然變陣，原本四四方方隊形迅速列開，變成了一字長蛇陣！後面的兗州叛軍、徐州兵本來躍躍欲試，忽見前面變陣，以爲陳登突發靈感有了破敵之計，便暫且等候。哪知等了一段時間，廣陵兵將穩穩站立絲毫不動，而後面的軍隊卻被這道人牆堵了個嚴嚴實實。
曹軍剛一交鋒略有不支，疲憊的疲憊、怯陣的怯陣，但眼見對方衝鋒而來的人數有限，大家穩住心神齊舉兵刃，一排排長槍大戟緊密刺去，幷州騎被掀了個人仰馬翻。只不多時，曹軍竟像包餃子一般把敵人圍在了垓心、
陳登穩坐雕鞍觀望着圍殲的場景，臉上帶着得意的微笑。爲了這一天他已經準備了很久，一邊在廣陵收拾民心、招降海盜、秣馬厲兵，一邊三天兩頭給呂布寫逢迎感恩的書信。因爲博取了信任，所以當他主動請纓作爲第二主力插在中間時，竟沒一個人站出來反對！陳登的心計實比曹操預料的更加狠毒，若是交鋒之前他就倒戈一擊，結果是這場大戰孫乾失敗，幷州軍潰亂而逃；但若是誆騙幷州主力以寡擊衆，那就意味着呂布的本錢將在這一戰中全部折盡，以後再也無法打啦！而他自己的廣陵兵的損傷也會大大減少。
時至午時，萬里無雲紅日晃目，戰場也一片揚塵朦朦朧朧。曹軍密密麻麻團團將敵包圍，關羽、張飛、夏侯淵、樂進、徐晃、朱靈等勇將各揮兵刃反攻過來，後面的小兵以多欺少精神大長。只可憐這幫兇悍無比的幷州騎，進行的竟是一場毫無勝算的戰爭，在強大的圍攻下漸漸不支，斬斷的臂膀、削掉的天靈蓋滿天飛，時而迸發的鮮血似霧氣般蒸騰而起，把一陣陣悲壯的死前哀嚎籠罩其中。但幷州精銳騎兵的人個個都孤膽英雄，雖然明知不敵，卻兀自死鬥，有的翻倒在地臨死前還把長矛擲向曹兵，有的已經沒了頭顱屍身依舊抱着馬脖子不放，有的失了馬匹竟赤手空拳撲向曹軍……
面對這樣觸目驚心的場景，陳登竟視而不見。在他心目中，呂布和這幫人不過是一羣強盜，既沒有統一天下的志願，也沒有治國安邦的才能，除了殺人劫掠什麼也不會，殺死他們跟殺死野獸實是沒什麼區別。
正在他漠視戰場之際，忽然身後一亂，丹陽兵統帥許耽縱馬闖了過來，急得放聲大吼道：“陳元龍！你他媽的幹什麼！幷州軍就快完了，爲什麼還不進攻？”
陳登嫣然一笑道：“許將軍，你別急嘛！過來過來，主公有隱秘之事交代與我，我告訴你。”
呂布陣營派系雜亂，各部將領都是鉤心鬥角慣了的，許耽聞聽這般鬼話竟信以爲真，策馬趕到陳登旁邊問道：“主公說什麼了？”
陳登湊到許耽耳畔低聲道：“我家主公命我在陣前倒戈。”
許耽一怔，還在思索這句話是什麼意思，突覺背後一涼，好幾個廣陵兵已將長槍刺入他脊樑！許耽一個跟頭栽下馬來，嘴裡還在迴應陳登的話：“你的……主子究竟……是、是誰……”話未說完，口中鮮血涌出，已絕氣身亡。
陳登不住搖頭，對着屍體喃喃道：“你問我主子是誰？許耽你自己呢？你身爲丹陽之將，原本該是周昕的部下，卻隨着陶謙北上，叛迎呂布，你的主子又究竟是誰呢？朝三暮四反覆無常，誰叫咱們趕上這世道呢……”說罷他嘆了口氣，忽覺胸腹間甚是憋悶。陳登不知何時染上一種怪病，時而憋氣疼痛，這會兒又犯起來了，他生怕耽誤大事，趕緊吩咐部下道：“曹公那邊必勝無疑，咱們不用管了。傳我將令，全軍將士轉過頭給我向後殺！”
廣陵軍陣前倒戈，這可把整個戰局都給攪亂了。後面的徐州兵、幷州叛軍正紛紛抻着脖子試圖越過前面的人觀看戰勢，忽見人牆轉身，長槍大戟奔自己而來，這一擊出乎意料，頓時死傷無數。丹陽兵連自己的統帥都找不到了，哪有交戰之心，紛紛丟盔棄甲而逃。至於臧霸、孫觀、吳敦、尹禮、昌霸的雜牌軍，交頭接耳亂成了一鍋粥。
曹操在對面看得真真切切，不禁讚歎道：“陳元龍真好手段！”傳令大軍就勢掩殺。
喊殺聲、哀號聲、馬嘶聲、告饒聲響徹雲天，呂布後軍陣營已被衝得大亂。魏續尚在包圍圈中掙命，身邊連一個親兵都沒有了。渾身是鐵能打幾根釘？左衝右突之間，他漸覺膀臂痠麻呼吸不暢，情知已不能再戰，趕緊調轉馬頭，一連刺死幾個曹兵，這才與成廉會合一處。但大隊幷州兵都已戰死，幾員將身邊只有數十人跟隨，大部分還身被數創。而四下的曹軍兵層層甲層層，圍了個風不透雨不漏，無數的刀槍兵刃在日頭下轉來轉去泛着紅光，照得人頭暈目眩，這時再想要突圍勢比登天還難。
瞬息之間舉目東望呂布那邊的陣營，不禁毛骨悚然原本浩浩蕩蕩的隊伍早已不復存在，陳登率部早把徐州兵、兗州兵打散，向着彭城的方向追趕下去。而那些幫兵助陣的隊伍，只知錦上添花，無心雪中送炭，各帶各的人馬偃旗息鼓揚長而去……
血淋淋的戰場漸漸沉寂下來，擂鼓之士也都停下了腕子。所剩的十幾個幷州兵盡皆跌落馬下，一個個渾身是血氣息奄奄，雖兀自握着長矛，已毫無還手之力。外面的曹軍圍了一層又一層，千萬件兵刃冷森森指向他們。這時軍兵閃開一道小衚衕，曹操在虎豹騎的拱衛下信馬至近前，掃視了他們一眼，微笑道：“此戰全賴元龍之功啊”
擡頭間又見呂昭打馬而來說道：“啓稟主公，陳登追擊敵人大獲全勝。彭城守將侯楷不敢開門，敗兵已向下邳方向逃竄。”
“好！”曹操精神一振，恢復常態道：“傳令三軍，給我包圍彭城！我要誘呂布親自來戰！”