眼見形勢不利，呂布回顧薛蘭、李封、侯成、宋憲等将，見其臉上皆有難色，頓時大怒，但又不想被劉備看笑話，強忍怒火，準備親自帶兵沖陣。曹軍陣勢嚴整，都是精兵強将，己方多爲新兵，勝負難料啊。
劉備卻先開口道：“将軍已拔頭籌，挫了曹操的銳氣，不如下面給我軍一個表現的機會，如何？”
呂布有了台階下，大喜道：“固所願也，未敢請爾。”
劉備看了一眼躍躍欲試的諸将，下令道：“揚武中郎将關羽、、征虜中郎将牽招聽令！”
關羽、牽招應聲出列，拱手道：“末将在！”
劉備道：“命你二人率揚武軍、征虜軍接應高、張等軍回營。折沖軍趙雲、奮武軍徐盛掠陣。”關羽、牽招、趙雲和徐盛齊聲道：“得令！”
關羽、牽招、趙雲、徐盛立即奔下高台，騎上戰馬，馳回本部所在，向軍隊傳達了劉備命令。關羽麾下朱樟、應舉忙向部曲傳達。牽招麾下兩部軍司馬原爲蔣欽、周泰，兩人在與曹操南山之戰中負傷，現在兩部爲其曲軍侯蔣智、周和統領。蔣智、周和也都是悍勇之輩，聞戰則喜，忙組織隊伍。
不一時準備停當，關羽在左，牽招在右，統領着四千戰兵，向曹軍壓去。陣容雄壯，喊聲震天。尤其是揚武軍，一直沒有打上大仗，自關羽以下都充滿一種求戰的饑渴感，眼神中都帶着灼熱和殺氣。牽招跌而複起，心中憋着一股氣要證明自己，絕不願意再給兄長丢臉，步伐堅定，眼神沉着，若曹兵敢前來阻攔，牽招誓要将其撕得粉碎。
趙雲麾下嚴朗、劉福，橫槊舉刀，鬥志昂揚，徐盛麾下趙均、裴成，挾盾擎矛，戰意熊熊，在大營之前擺開陣勢，準備一旦關、牽戰事不利就根據劉備命令即刻出擊。
徐盛身邊跟着一人，身材極高，足有八尺，體貌魁奇，相貌堂堂，身穿鐵甲，腰佩長劍，手執長矛，正是魯肅。東平之戰後，劉備将魯肅貶爲徐盛參軍。其時徐盛爲呂虔麾下軍司馬。徐盛因戰功升遷，新組奮武軍，跟呂虔一番争奪，終将魯肅從讨逆軍中帶走，擔任奮武軍參謀。徐盛負責戰鬥訓練，魯肅負責軍政教育，兩人配合默契，将新組建的奮武軍管理得井井有條。
曹操在城樓上望見四軍氣勢，心中微驚，這四支人馬或威武，或雄壯，或彪捷，或勇悍，統兵者皆不是易于之輩，己方也就是二夏侯樂李等人差相仿佛。劉備從哪裏找來這麽多猛将？
他沉吟片刻，不等關羽、牽招近前，就命鳴金收兵，夏侯惇本就占據主動，輕松脫離戰鬥，又将樂進軍接應回來，一起緩緩退入大營。陳宮、高順無力追趕，張遼獨力難支，關羽、牽招距離太遠，隻能眼睜睜看着曹兵順利回營。
用兵之法，十則圍之。曹操城中有兵兩萬，旁邊倚爲犄角的大營也有兵兩萬，劉備呂布合兵六萬，不足以圍城。但曹操困守孤城，劉呂二人則可以在兖州各城大肆擴軍，征集軍糧，看起來時間越久，曹操就越困難。然而天下局勢錯綜複雜，一旦時間拖久，袁紹就有可能大軍南下，形勢反而對劉呂二人不利。是速戰速決，還是做持久之計，就成了劉呂二人需要做的決斷。
劉備向呂布道：“袁本初雖有雄兵十萬，但公孫伯珪鷹揚幽燕，張飛燕虎視常山，本初難有作爲，不足爲患。我等可廣招軍士，起高台，築長圍，将曹操困死在這鄄城之中。”
呂布道：“不然。曹操頑固，不懼久困；袁紹心雄，必會南下。我等還是盡快破城爲上。”
劉備面有難色：“我部軍我部遠征而來，器械不全，攻城恐難建功。不知将軍可有良策破城？”
呂布昂然道：“明日劉公且請坐壁上觀，布自攻城，倒要看看曹操有何能爲！”
劉備撫掌道：“大善！我爲将軍掠陣。”
陳宮鼓了鼓嘴，欲言又止。
次日，呂布果然親自指揮攻城。他倒也不是一味蠻幹，命薛蘭、李封帶領兵士築起十幾個高台，上面站了兩千多名弓箭手，一聲令下，紛紛向城中射箭。呂布躍馬挺戟，卓立陣前，長戟一指，侯成、宋憲率兵背着沙袋，推着雲梯、沖車，黑壓壓向城牆沖去。城上曹兵露出身影，向下放箭。曹兵弓箭手雖多，但有呂布軍弓箭手牽制，并不能阻止呂軍士兵跑到城牆外壕溝前，将沙袋用力丢了進去，眨眼間将壕溝填平。
第一撥填壕士兵退下，第二撥推着雲梯、沖車的士兵很快到了近前。這雲梯不同于此前劉備初入青州時的簡易雲梯，而是下有輪子、上有平台，立有舉盾握刀的勇士，沖着城牆的一面還有挂鈎可以勾住城頭。十幾架雲梯車抵在城牆上，上面平台剛好與城頭平齊。有個别雲梯車上呂軍勇士發一聲喊，跳上城頭，與城上守兵搏殺在一起。這是幸運的少數。
面對雲梯車，城上早有準備，每架雲梯車相對的城頭上都出現十幾個擎着超長叉子的曹兵，用力頂住雲梯車，使其隻差六七步而不得近前。又出現一些擡着大鍋的曹兵，在弓箭手掩護下，用力向雲梯車潑灑熱油，還有投擲柴火的，然後燃燒的火把丢過來。雲梯車頓時熊熊燃燒起來。上面的呂軍勇士由于距離問題，無法冒死跳上城樓，隻能從背面台階奔下，一些身上着火的急切間有從雲梯上直接跳下的，摔斷兩腿，大聲慘叫。
侯成、宋憲大驚，連忙命令把雲梯車撤回。但守兵的長叉設計極爲巧妙，上有鐵鈎，勾住了雲梯車，想撤回而不可得。宋憲親自帶人沖上前，揚土滅火，還好沙袋還有剩餘。最終搶救回了五架雲梯車，其餘十幾架都遭焚毀。這邊一片混亂，推着沖車沖撞城門的也不順利。
屯将侯三報告侯成，城内裏面應該是已被土石塞死，沖車根本不可能撞開城門。
宋憲煙熏火燎，侯成灰頭土臉，兩人垂頭喪氣地向呂布報告攻城不利。呂布大怒，吼道：“再攻！”挂上方天畫戟，躍馬向城門沖去。侯成、宋憲大駭。陳宮臉上變色。單騎沖陣見過，誰見過單騎沖城？
劉備在後面看着也是訝然。衆将議論紛紛。
侯成、宋憲隻得跟随着呂布再次沖城。雲梯車再次推上。高台上的弓箭手也賣命地向城中放箭。
呂布躍馬奔到城前一射之地，一勒缰繩，戰馬嘶鳴着人立而起，停住腳步。呂布早彎弓搭箭，一箭射去。
城上曹兵遠遠看到敵軍大員大将策馬本來，正自驚訝。旁邊有将領叫道：“像是呂布！”才知這就是号稱“飛将”、殺董卓、破黑山的呂奉先，更加摸不着頭腦。正議論間，一箭如閃電般飛來。
城上一員披甲曹将慘叫一聲，面門中箭，從城頭倒撞下來，摔成肉泥。
呂布眨眼間又發兩箭。咄咄作響，被盾牌擋住。
城上曹軍才發現被射死那人卻是悍将曹熊。乃曹操族侄，爲夏侯惇麾下一部之軍司馬。
呂布之後的兩箭也是朝着披甲之人所射。不巧目标一個是史渙，一個是李乾，被兩人輕松用盾擋住。
城上紛紛射箭，但絕大多數都未到呂布近前。偶爾有一支箭近前，也軟弱無力，被呂布輕松擋下。雙方距離太遠，呂布的箭到城頭上也基本上沒有太大力量了，所以才被史渙、李乾擋住，曹熊身死屬于驟出不意，沒有防備。
呂布見箭已無功，重又舉起畫戟，督侯成、宋憲攻城。
酣戰移時，五架雲梯車全部損毀，呂軍也曾有數十人短暫攻上城頭，但都被曹軍或殺或推落。最終侯成、宋憲付出近千人傷亡，呂布才悻悻下達撤軍命令。