王允与士孙瑞和杨瓒等人再图谋诛除董卓，于是乘着一次董卓因小事不满吕布而用手戟向他投掷以及吕布与婢女私通而不自安的机会，离间吕布和董卓，并告知他们的图谋，终令吕布参与，作为内应。最终，王允乘汉献帝病癒，董卓入朝拜贺的机会，让吕布成功刺杀董卓，并诛董卓三族，主簿田仪也被杀。当时长安士民都争相庆祝。
失败被杀.董卓死后，王允录尚书事，总理朝政，并与吕布共同执政。但自诛除董卓后，王允与吕布以及其他官员的关系渐渐变差，执意诛杀蔡邕一事亦失人心。同时，董卓余部多为凉州人，王允打算免去他们军职。