董卓又让吕布守卫内室（中阁），吕布与董卓的侍婢私通，心中更加不安。
王允一向善待吕布，吕布见到王允，自述几乎被董卓杀死的经过，王允便将诛杀董卓的密谋告诉他，让他作内应。吕布说：“那父子之情怎么办？”王允说：“你本姓吕，并非骨肉。现在担忧自身生死都来不及，还谈什么父子？他掷戟之时，哪还有父子之情！”吕布于是答应。
诛杀董卓：
夏天，四月，丁巳日： 献帝病体初愈，在未央殿大会群臣。董卓身穿朝服乘车入宫，道路两旁布满士兵，从军营到皇宫，左边步兵右边骑兵，层层护卫，命令吕布等人在前后护卫。
王允让士孙瑞亲自写好诏书交给吕布。吕布命令同郡人骑都尉李肃与勇士秦谊、陈卫等十余人伪装成卫士，守在北掖门内等候董卓。
董卓进门，李肃用戟刺他；董卓内穿铠甲，未被刺入，只伤了手臂，跌下车来，回头大喊：“吕布在哪里？”吕布应声：“有诏书讨伐贼臣！”董卓大骂：“庸狗，竟敢如此！”吕布应声持矛刺向董卓，催促士兵斩下董卓首级。
主簿田仪和董卓的家奴（仓头）扑向董卓尸体，吕布又杀了他们，共杀三人。吕布随即取出怀中的诏书向官兵宣布：“诏书只讨伐董卓，其余一概不问。”官兵都肃立不动，高呼万岁。
百姓在道路上歌舞庆祝，长安城中的士人妇女卖掉珠宝首饰和衣服去买酒肉相庆，街道市场被挤满。董卓的弟弟董旻、董璜等以及郿县坞堡中的董氏宗族老弱，都被部下砍死射死。董卓的尸体被暴露在街市上示众。当时天气开始变热，董卓一向肥胖，油脂流到地上，守尸的官吏做了个大灯捻，放在董卓肚脐里点燃，火光通明直到天亮，如此持续多日。袁氏的门生聚集董氏尸体，焚烧成灰扬撒在路上。郿坞中有黄金二三万斤，白银八九万斤，绫罗绸缎奇珍异宝堆积如山。
朝廷任命王允主管尚书事务（录尚书事），吕布为奋威将军、假节、礼仪规格等同三公（仪比三司），封温侯，共同执掌朝政。
蔡邕之死：
董卓被杀时，左中郎将、高阳侯蔡邕正在王允家做客，闻讯惊叹。王允勃然变色呵斥道：“董卓是国家大贼！几乎灭亡汉室。你身为王臣，本该同仇敌忾，却感念他的私人恩遇，反而为他伤痛，岂不是和他共同叛逆！”立即逮捕交付廷尉。
蔡邕谢罪道：“我虽不忠，但古今大义，耳所常闻，口所常言，岂会背国而向着董卓！愿受刺面砍足之刑，只求让我完成《汉史》。”士大夫多怜悯营救他，未能成功。太尉马日磾对王允说：“蔡伯喈（蔡邕字）是旷世奇才，熟知汉朝史事，应让他续成后汉史，作为一代大典；而他所犯之罪甚微。杀他，恐怕会失人望吧！”王允说：“从前武帝不杀司马迁，使他写出诽谤之书（指《史记》）流传后世。如今国运中衰，战乱不断，不能让奸佞之臣执笔在幼主身边，既无益于圣德，又使我们这些人蒙受他的诽谤议论。”马日磾退下后对人说：“王公怕是要绝后了！善人是国家的纲纪，着作是国家的典籍；毁灭纲纪废弃典籍，怎能长久！”蔡邕最终死于狱中。
荀攸脱险： 当初，黄门侍郎荀攸与尚书郑泰、侍中种辑等谋划说：“董卓骄横残忍，六亲不认，虽有强兵，实为一介匹夫，可以直接刺杀他。”事情接近成功时被发觉，荀攸被捕入狱，郑泰逃奔袁术。荀攸在狱中言语饮食如常，恰逢董卓被杀，得以免罪。
曹操领兖州牧：
青州黄巾军侵犯兖州，刺史刘岱想迎击，济北国相鲍信劝阻：“如今贼众百万，百姓震恐，士兵无斗志，不可力敌。但贼军没有辎重，只靠抢掠补给。不如养精蓄锐，先固守城池。他们求战不得，攻城不下，势必离散。然后挑选精锐，占据要害，出击便可破敌。”刘岱不听，出战，果然被杀。
曹操部将、东郡人陈宫对曹操说：“兖州现在无主，朝廷诏命断绝，请让我去说服州中主事官员，请明府（指曹操）前往主持兖州，以此为根基收取天下，成就霸王之业。”陈宫于是去游说别驾、治中等官员：“如今天下分裂而兖州无主；曹东郡（曹操）是治世之才，若迎他为州牧，必能安定百姓。”鲍信等人也认为可行，于是与州吏万潜等人到东郡，迎接曹操兼任兖州刺史。
曹操随即进军寿张县东攻击黄巾军。初战不利。黄巾军精锐强悍，曹操兵少力弱。曹操安抚激励士卒，明确赏罚，伺机设奇兵，昼夜激战，每战都有俘获，黄巾军终于败退。
鲍信战死，曹操悬赏寻找其尸首不得，便用木头刻成鲍信模样，哭祭他。
朝廷下诏任命京兆人金尚为兖州刺史，金尚赴任途中，曹操迎击，金尚逃奔袁术。
五月： 任命征西将军皇甫嵩为车骑将军。
李傕、郭汜反攻长安：
王允处置失当：吕布劝王允杀尽董卓部将