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，你死了你的儿子怎么办啊？"
陈宫："我听说以仁治天下的明君，是不会杀别人的儿子的。"
就是在这样的情况下，曹操只得成全陈宫，但在下刀前，曹操向陈宫作了承诺："以后你的母亲和孩子，我一定会好生照顾。"史载，陈宫首级送至许都彰功后，曹操即置棺椁盛载其尸，葬于许都。对于承诺，曹操做得很是地道。
曾有许多人对陈宫为人作过评价。现择曹操两个谋士之评以飨读者。刘晔："陈宫多计"；荀攸："陈宫有谋而迟"。
两位肯定陈宫多计有谋，但荀攸之评一针见血：陈宫有谋，"而迟"一一因其内心蕴善，总是落后于内心藏奸的曹操与吕布！