兖州之战是东汉兴平元年（194年）至兴平二年（195年），曹操在兖州与吕布、张邈等人的交战。双方互有胜负，兖州（治廪丘，今属山东济宁）之地也曾反复易主。

吕布离开袁绍去投奔张杨时，路过陈留郡，拜访张邈，临别时，一同握手盟誓。袁绍知道这一消息后，大为痛恨。张邈担心曹操终究会为袁绍谋害自己，心中不能自安。前任九江太守、陈留人边让曾经讥讽过曹操，曹操知道后，将边让及其妻子儿女全部杀死。

边让一向才华出众，声望很高，因此兖州地区的士大夫全都感到恐惧。陈宫性情梗直刚烈，心里也疑虑不安，就与从事中郎许汜、王楷以及张邈的弟弟张超一起策划背叛曹操。陈宫对张邈进言：“如今天下分袭，豪杰纷纷崛起，您拥有广达千里的疆土民众，又处于四方必争的冲要之地，手抚佩剑，左右顾盼，也足以成为人中豪杰。却反而受制于人，不是太鄙陋了吗？如今曹操统率大军东征，州中空虚，吕布是个壮士，能征善战，无人可比，如果暂时迎接他来，共同主持兖州事务，观察天下的形势，等待时局变化，这也是您纵横捭阖的一个时机。”张邈听从了陈宫的意见。

兴平元年（194年），张邈和陈宫等却乘曹操外征徐州，秘密迎接吕布来担任兖州牧。吕布到达后，张邈就派他的党羽刘翊告诉荀彧说：“吕将军来帮助曹刺史进攻陶谦，应该赶快供给他军粮。”众人感到疑惑，荀彧知道张邈将要背叛，就立即部署军队进行防守，并急速征召在濮阳的东郡太守夏侯惇。夏侯惇前来救援，吕布便占据濮阳。当时曹操把所有的军队都带去进攻陶谦，留守的兵很少，而且大部分将领和主要官吏都参与了张邈、陈宫的阴谋。夏侯惇赶到以后，当天夜里，就诛杀了几十个参与叛变阴谋的官员，情势才稳定下来。

豫州刺史郭贡率领数万人的大军来到鄄城城下，有谣言说他与吕布合谋，城中众人十分恐惧。郭贡要求会见荀彧。荀彧准备出城会面，夏侯惇等劝阻他说：“你是一州的主持人，出城必定有危险，不能去。”荀彧说：“郭贡与张邈等人并不是老交情，如今来得这样迅速，必是还未定好策略，趁他尚未定好策略时说服他，即便他不能帮助我们，也可使他保持中立。如果先疑心他，将使他在一怒之下打定主意，投到敌人那边”郭贡看到荀彧并恐惧之心，认为鄄城不易攻破，于是率军离去。

当时，兖州属下的郡、县全都响应吕布，只有鄄城、范县、东阿县没有动摇。吕布军中归降的人说：“陈宫准备自己率军攻取东阿，又派汜嶷攻取范县。”官民全都感到恐慌。程昱本是东阿人，荀彧对他说：“如今全州都已背叛，只剩下了这三个城。陈宫等派大军攻城，如果我们不能紧密地团结民心，这三城必定会动摇。你在东阿人民中声望很高，应该前去进行安抚。”于是，程昱离开鄄城返回东阿，在途中经过范县，劝说范县县令靳允道；“听说吕布已将您的母亲、弟弟和妻子儿女都抓了起来，孝子的心情自然十分沉重。如今天下大乱，英雄纷纷崛起，其中必定会有一位主宰时代命运安定天下的人，这是智者应该对比仔细选择的。跟对主人，才能兴旺；跟错主人，就会败亡。陈宫背叛曹操，迎接吕布，而诸城全都响应，似乎能有所作为。然而据您观察，吕布是个什么样的人？吕布为人粗暴而很少与人亲近，又刚愎无礼，不过是个勇猛的匹夫而已。陈宫等人在目前形势下与他联合，只是互相利用，不会奉吕布为主，因此，他们虽然兵多，但终究不会成事。曹操的智慧谋略盖世，简直是上天特别授予他的。您一定要坚守范县，我来守住东阿，就可以立下田单恢复齐国那样的大功。这样，难道不比你违背忠义去跟随恶人，结果母子都被杀死要好吗？请您好好考虑！”靳允流着泪说：“我不敢有二心。”这时，氾嶷已率兵进入范县，靳允便出来会见氾嶷，用伏兵将氾嶷刺杀。回城后，部署军队坚守。

程昱又派遣一支骑兵部队，截断黄河上的仓亭津渡口，陈宫率军到河边，无法渡河。程昱来到东阿，东阿县令、颖川人枣祗已率领吏民在城墙上坚守。他们终于守住这三城等到曹操大军的归来。曹操回来后，握着程昱的手说：“假若不是你尽力，我就无家可归了。”曹操上表推荐程昱为东平国相，驻在范县。吕布进攻鄄城，未能攻克，就向西移驻濮阳。曹操说：“吕布一下子得到一州的地盘，却不能占据东平，切断亢父、泰山的要道，利用险要的地势来对抗我，反而回驻濮阳，我知道他没有多大作为。”于是进攻吕布。

吕布有一支部队驻在濮阳以西，曹操乘夜袭击，将其击溃。还未来得及撤回，正遇上吕布前来援救。吕布亲自冲锋陷阵，自清晨一直战到太阳偏西，交战数十回合，两军相持不下，十分危急。曹操召募壮士去突击敌阵，司马、陈留人典韦率领那些应募壮士在阵前抵御吕布军队的进攻。吕布军中弓弩齐发，箭如雨下。典韦对吕布军连看也不看，对那些壮士说：“敌人来到距我们十步的地方，再告诉我。”壮士们说：“已经十步了。”典韦又说：“相距五步时再告诉我。”那些壮士们见敌人已到面前，大为惊惶，赶快喊：“敌人已经到了！”典韦手执铁戟，大喊而起，冲入敌阵，对面的敌人无不应手而倒，吕布的军队后撤。这时天色已晚，曹操才得以率军退回自己的营寨。回营后，曹操提拔典韦为都尉，命他平日率领亲兵数百人，在自己的大帐左右负责警卫。

濮阳县的大姓田氏为吕布实行反间计，假意作曹操的内应。曹操得以进入濮阳城后，纵火焚烧所经过的东门，表示自己不再退回。及至与吕布交战，曹军大败，吕布部下的骑士捉到曹操而不认识，问道：“曹操在哪里？”曹操说：“骑黄马逃走的那人，就是曹操。”吕布的骑士就放开曹操，而去追那骑黄马的人。曹操从大火中突围而出，回到营中，亲自慰问军士，命令军中赶快制作攻城用的器械。随即进军，再次攻击濮阳。他与吕布相持一百余天，发生蝗灾，百姓饥馑，吕布的存粮也已吃尽，两军各自撤退。

九月，曹操回到鄄城。吕布率军到乘氏县，向乘氏李家求粮。乘氏县人李进以肥牛、酒、胡饼麻痹了吕布，随后便趁机击败了吕布。吕布向东退到山阳。

兴平二年（195年）五月十一日，吕布的部将薛兰、李封驻军巨野，曹操向他们发动进攻、吕布前来援救，被曹操击败，退走。于是曹操斩杀薛兰等人。

曹操驻军乘氏，因徐州牧陶谦已死，便准备先夺取徐州，回来再攻打吕布。荀彧说：“从前高祖守保关中，光武帝占据河内，都巩固基地以控制天下，进足以胜敌，退足以坚守，所以虽有困顿失利，但最终完成统一天下的大业。将军本来从兖州起兵，平定山东之乱，百姓无不对您心悦诚服。而且，兖州处于黄河与济水之间，是天下的冲要之地，如今虽已残破，但还易于自保，这正是将军的‘关中’、‘河内’，不能不先把这个基地安定下来。现在，已击破李封、薛兰，如果分兵向东进攻陈宫，他必然不敢再有西进的打算，我们便乘机收获已成熟的麦子，节约饭食，储备粮草，就可以一举击败吕布。击败吕布后，再向南与扬州刺史刘繇结盟，共同讨伐袁术，控制淮水、泗水一带。如果现在不管吕布，而去向东攻打徐州，多留兵则出征兵力不足，少留兵则只有让全体百姓守城，不要说收麦，连上山砍柴也不能进行。吕布乘虚进攻，民心就会更加动摇，只有鄄城、范县、濮阳可以保全，其余的城都会失去，那就等于您不再占有兖州了。如果出征不能平定徐州，将军将回到哪里去呢！而且陶谦虽然已死，徐州并不容易灭亡。那里的人接受往年失败的教训，必然因畏惧而团结一致，内外呼应。如今东边徐州的麦子已经收割，他们必定坚壁清野，等待将军。既攻不下城，又抢掠不到物资，不出十天，十万大军还没有作战，已先自陷困境了。上次讨伐徐州，您曾实行威罚，徐州的子弟们想到父兄的仇恨，必然人人固守，不肯归降，即使您能攻破城池，仍不能使他们归顺。在考虑事情时，经常要有舍此取彼的选择，可以取大而舍小，可以求安全而舍危险，可以在不威胁根本稳固的前提下采取权宜之计。现在东征徐州，并不符合以上三个取舍标准，请将军仔细斟酌。”曹操这才打消了东征的念头。

吕布再次从东缗出发，与陈宫率领万余人来进攻曹操。曹操部下的士兵全都出去收割麦子，在营中的不到一千人，难以守住营寨。曹操乃令妇人们守在营垒边，营中不足一千的士兵们全都摆出准备作战的样子。曹操营寨的西边有一条大堤，南边有一片茂密深广的树林。吕布怀疑曹操有伏，于是说：“曹操多诡诈，我们不要进入伏击圈。”于是，吕布引军屯南十馀里。

第二天，吕布再次前来挑战。曹操把自己的一半士兵埋伏在堤后，另一半的士兵暴露在堤外布下阵势。吕布的军队逼近时，曹操才命轻装部队挑战，等到两军厮杀在一起以后，伏兵才登上大堤杀出，步兵与骑兵一齐冲锋，大破吕布的军队，直追到吕布的营寨才返回。吕布当夜撤退。曹操又攻下定陶，分兵平定各县。吕布向东到徐州投奔刘备。张邈跟随吕布，让自己的弟弟张超带领家属退守雍丘。不久，曹操破雍丘，灭张邈三族，而张邈在向袁术借兵的路上，被部下所杀。

兖州之战是曹操滥杀名士所引起的严重后果，虽然经过一年鏖战，兖州重归曹操之手，但兖州也遭受极大破坏，导致曹操与昔日好友张邈兵戎相见，也最终引发建安三年（198年）曹操攻打吕布的下邳之战。吕布战败并被曹操下令处决。

对于兖州之战，钟敬伯评价说：“操多诡计，陈宫智足以知之，特布不用其言耳。定陶此败，皆布自取，勿遂以田氏弄假成真为宫答也。”

罗贯中的历史小说《三国演义》也提及了兖州之战的战况，描述如下：

在第一场遭遇战中，吕布部将臧霸、张辽与曹操部将乐进、夏侯惇交锋。吕布不耐烦地拿着方天画戟冲锋上前。夏侯惇和乐进逃走；吕布持续进攻，曹操被迫后撤三四十里扎营。

次日，曹操从四面袭击高顺、魏续和侯成把守的吕布营寨，吕布军伤亡惨重。曹操入寨，遭遇高顺。时已四更，天将破晓，曹操听闻吕布亲自率军从西面杀来援助高顺，就弃寨而走。吕布率高顺、魏续、侯成追击曹操败军。曹操派于禁和乐进阻拦，未果。曹操向北进军时，又陷入张辽和臧霸的伏击。曹操派吕虔和曹洪迎敌，也战败了。曹操向西逃，又遭遇吕布部将郝萌、曹性、成廉、宋宪。曹操危急之际呼救，典韦来助。曹操得以逃回本寨。

一次曹操攻吕布的濮阳时，杀入城中，发现中计了。陈宫设下圈套，堵住了曹操的退路。张辽、臧霸率军从东西两面进攻曹操。曹操向北门逃奔，被曹性、郝萌阻截，转向南门，又遇到高顺、侯成。典韦、李典、乐进在敌军中冲杀寻找主公。曹操与典韦会合后再次冲奔北门，正撞见寻找曹操的吕布。但吕布误认他人为曹操并追杀之，使曹操得以在典韦和夏侯渊保护下从北门逃离。

曹操濮阳战败的次日，吕布听闻曹操在五更时分被火烧伤致死。他立即聚集军马经马陵进攻敌营。在经过山道时，战鼓响，曹军伏兵四起。吕布死战得脱，回濮阳，坚守不出。

曹操下次攻吕布时，以夏侯惇、夏侯渊、李典、乐进、吕虔、于禁六将为主将。吕布独自出城迎战，遭到围攻，被迫撤回。但濮阳大户田氏背叛吕布，倒向曹操。田氏关闭城门，不让吕布入城，吕布只得逃走。陈宫从东门带吕布家眷逃出，后与吕布会合。曹操复夺濮阳。

吕布在定陶寻求张邈、张超庇护。吕布出城哨探曹营，见曹营接近密林，担心有伏兵而撤退。后他决定放火逼出曹军，但惊讶地发现林中没出现一个士兵。吕布听见敌军的战鼓声，寨后杀出一支军队，吕布前去迎战。夏侯惇、夏侯渊、典韦、许褚、李典、乐进率曹军攻击吕布。吕布溃败，所部三分之二被杀。吕布部将成廉也被射死。吕布残部回报陈宫，陈宫和高顺聚集吕布所部弃定陶而走。张超自杀，张邈投奔袁术。当吕布后来重聚人马时，兖州东北已被曹操所得。

吕布并未被吓倒，在陈宫建议下想再次效力袁绍。袁绍却派颜良率军五万攻吕布。吕布无力与袁绍周旋，逃往徐州投刘备，受到刘备的欢迎。