Giết Đổng Trác xong, Vương Doãn với tư cách là Tư đồ được Hán Hiến Đế phong làm Lục thượng thư sự, kiêm việc của Thượng thư cả sáu Bộ. Tuy nhiên giữa ông và Lã Bố có những bất đồng trong xử lý công việc. Do tính tình ông khác người nên nhiều đại thần không theo[1].

Một hôm Vương Doãn cùng Thị trung Sái Ung ngồi bàn việc, nhân nhắc đến Đổng Trác, Sái Ung lại tỏ vẻ thương tiếc. Vương Doãn nổi giận, cho rằng Sái Ung cùng cánh với Đổng Trác, bèn sai bắt Sái Ung (mẹ là Sái Thị Quỳnh và cha là Sái Thị Trọng) giao cho Đình úy trị tội. Thái úy Mã Nhật Đê can Vương Doãn nên vì tài viết sử của Sái Ung mà tha cho Sái Ung. Nhưng Vương Doãn cho rằng nếu được tha, Sái Ung sẽ lại viết một cuốn sử phỉ báng triều đình như Tư Mã Thiên viết Sử ký trước đây. Vì vậy Sái Ung bị bắt giam và không lâu sau chết trong ngục.

Vương Doãn sai Lã Bố đi đánh dẹp con rể Đổng Trác là Ngưu Phụ đang hoành hành, chém giết nhân dân vô tội ở Trung Mâu, Dĩnh Xuyên, Trần Lưu. Lã Bố sai Lý Túc đi đánh Ngưu Phụ nhưng Túc để thua trận chạy về Trường An. Ngưu Phụ thắng trận nhưng bị thủ hạ là Hồ Diệc Nhi giết chết, mang đầu đến Trường An nộp cho Vương Doãn.

Ba bộ tướng của Ngưu Phụ là Lý Thôi, Quách Dĩ và Trương Tế cầu khẩn Vương Doãn tha tội theo Đổng Trác. Trước đó Lý Thôi và Quách Dĩ đã sát hại vài trăm người Tinh châu - đồng hương với Vương Doãn và Lã Bố - ở trong vùng đất mình cai quản. Vì vậy Vương Doãn nổi giận nói rằng:

Lý Thôi, Quách Dĩ và Trương Tế bèn cất quân Lương châu nổi dậy báo thù, tiến về Trường An.

Vương Doãn sai Từ Vinh mang quân ra địch. Quân Lương châu nghe tin không được triều đình tha tội, liều chết xung trận, giết chết Từ Vinh.

Vương Doãn phái tiếp Hồ Chẩn ra trận đánh Lý Thôi. Hồ Chẩn bèn mang quân đầu hàng Lý Thôi quay về đánh kinh thành. Quân Lý Thôi được một tướng khác của Đổng Trác là Phàn Trù tập hợp, dần dần được hơn 10 vạn, tấn công Trường An.

Trường An bị quân Lương châu bao vây. Lã Bố chống cự trong 8 ngày, cuối cùng không giữ nổi. Lý Thôi thúc quân tràn vào thành. Lã Bố phải thành bỏ chạy. Vương Doãn không chịu chạy trốn cùng Lã Bố, cùng vua Hiến Đế chạy lên lầu trú. Lý Thôi mang quân tới vây lầu. Lúc đó Vương Doãn mới vội vã ra lệnh đại xá cho các tướng, phong cho Lý Thôi làm Dương vũ tướng quân, Quách Dĩ làm Dương liệt tướng quân, Phàn Trù làm Trung lang tướng[4].

Nhưng lúc đó đã quá muộn. Lý Thôi bức bách Vương Doãn xuống lầu, bắt giữ rồi mấy hôm sau giết chết ông cùng mấy chục gia quyến. Năm đó Vương Doãn 56 tuổi.