王允和呂布的私交相當好，二人已到了無話不說的知心程度，因此呂布有一次就向王允說出了他心中那股恨意。王允聽後雙眉緊鎖，嘆道：
“董太師近日個性越發兇暴，並如夏日天氣，變幻無常，不知又將發生什麼事情。現在，他該殺的殺了，該除的除了，凡他不順眼的事，他斷然不會放過。因此，你目前的狀態，是十分危險的啊！”
呂布求教道：“司徒指點，我該如何辦才好？”
王允沉吟良久，最後遲疑道：“不過我說出來你不要怪我……”
呂布說：“你我親如兄弟，情同手足，早已無話不談了，還有什麼顧忌我的?”
王允環顧左右，之後才說：“恕我直言吧，除非你從此斷了和那侍女的關係，否則必將被董卓加罪。其實，就是斷了那關係也不保險，因為那侍女是活口，怎知天長日久之後不露出點蛛絲馬跡?而你又萬萬不會去殺了那侍女，何況殺了那侍女又如何向董卓交待，董卓怎有不查實之理。這就叫左也難，右也難，其實千難萬難，根子還是在董卓身上。只要沒有了董卓，什麼事都迎刃而解，並且你和那侍女一對有情人也就終成為一對眷戚！”
呂佈道：“你的意思是將他除了?”
王允說：“當然這是唯一的辦法。除此之外，還有什麼更好的法子嗎?”
呂布將捏緊的拳頭往桌案上一擊，忿言道：“董卓逼人太甚，也就休怪我無情了。我一定將這老賊殺掉!”
王允趕緊阻止他，說：“此事關係重大，須細議，切不可冒昧行事。我們來商量一個妥當的辦法吧。”
至此，王允才和盤端出了他和司隸校尉黃琬、僕射士孫瑞、尚書楊瓚等人密謀的計劃來，要呂布參與，作為內應。呂布當然全部贊成，便約定時間，按計而行。
再說生活在焦慮中的董卓，最多十天半月的在長安呆一陣，更多的時候則是在郿塢，在全副武器的兵甲層層保護下，誰也把他沒有辦法。王允等人在根本無機可乘的情況下，決定採取引蛇出洞的辦法對付董卓。王允知道董卓早有篡位之心，乃秘密地和漢獻帝商議，要漢獻帝假裝生病躲在床上，然後，使人傳播出去，說漢獻帝身體大大欠佳，已無心料理朝政，有意提前退休，擬在未央宮接見全體文武官員，宣布重要旨令。其實后宮早已有董卓的心腹向董卓證實漢獻帝確實病倒，有意退讓，於是，董卓對此深信不疑，喜不自禁起來。
初平三年四月丁已日，天氣晴朗而炎熱，董卓接獲漢獻帝旨令，判斷漢獻帝已準備讓位給自己，便特別盛裝乘車入朝。從郿塢到皇宮，戒備森嚴，有如皇帝隊伍，步騎兵左右防衛，呂布率隊在前前後後不停巡邏，警備上幾乎無懈可擊，任何人都不可能有機會可乘。
其實，在董卓隊伍出發前，王允早命令僕射士孫瑞親自寫妥皇帝詔書交給呂布，呂布便命令騎都尉李肅，率領敢死隊秦誼、陳衛等穿上警衛服裝，藏身宮門內，準備突擊謀刺的行動。
董卓洋洋得意乘車入宮門，心理上毫無這方面的戒備。李肅待其近攏，立刻奔出，以長戟刺之。不料董卓早有在官服內著甲的習慣，故而戟未刺入，只傷及手臂處。
董卓大驚，摔到車下，大聲叫喊：“呂布何在?”
呂布奔上前來，大聲喊道：“奉皇帝詔書，誅殺逆賊!”
董卓萬沒料到呂布會如此，無比惱怒，大罵道：“我待你如子，竟然造反，如此忤逆，必遭兇報……”
然而，話未說完，呂布的鐵矛已經刺入了董卓咽喉。
敢死隊一擁而上，斬下了董卓的首級。
董卓被殺的消息傳開，宮廷內外，一片歡呼。長安城內，如同過節，街頭巷尾張燈結彩，歡歌陣陣。另一方面，呂布等乘勝追擊，將董卓弟董祀及董氏親屬和親信等，一概誅殺。
王允更下令追剿董卓餘黨，司隸區的各軍團間立刻呈現非常緊張的狀態。
呂布軍團倒戈及董卓政權被推翻，使司隸軍區及長安城內的文武百官及軍士，甚至從洛陽被強迫遷來的百姓，和長安原住居民都歡聲震動。董卓肥胖的身子被暴露在街上示眾，守屍體的士兵，更將董卓肚臍剖開，插入棉燈芯，以其肚子脂肪為油點燈，竭盡侮辱之能事。
漢獻帝去了董卓的脅迫和壓制，也大大的揚眉吐氣了。他立即論功行賞，任命王允為錄尚書事，任命呂佈為奮威將軍，封為溫侯。僕射士孫瑞說他並無甚麼功勞，把所有封賞都辭去了。王允和呂布共同管理朝政，一文一武，輔佐漢獻帝。他們追查董卓一黨的人，有的處死，有的充軍。
左中郎將蔡邕畢竟曾受過董卓的解救之恩，並且董卓一直對他很好，出於這樣一種感激之情，去董卓暴屍之處祭悼了董卓。王允知道了這事，大罵蔡邕：“董卓乃逆賊，再不處死，漢室將亡。今將其處死，是大快人心之事，你身為朝廷大臣，且又是國內名士，應當深明大義才對。卻反而逆反民意，往悼其賊，難道你真是董卓的死黨嗎?”
蔡邕當然深明大義，對王允說：“我雖不才，但也知大理，董卓專橫，擾亂朝政，罪在當誅。我只是念在私人交情，情感上過不去，故而往悼。如果認為我因此有罪，我不推諉，只求寬罰，饒我一回。”
王允卻將蔡邕交給廷尉處理。太尉馬日禪知道蔡邕這一去必然兇多吉少，便向王允替蔡邕說情，他說：“蔡邕切不可死啊，他很有學問，又正在寫漢朝歷史。”
王允搖頭道：“前漢武帝不殺司馬遷，讓他著書，他卻藉題發揮，毀謗朝廷。現今皇上年輕，若讓蔡邕這樣的心存異志者繼續耍筆，恐怕我們都要被他罵了……”
馬日禪只得嘆氣，蔡邕便在監獄裡給逼死了。