由於王允一直又沒有向張讓賠罪認錯，張讓又進一步渲染他的所謂的罪行情節。不久，王允的案件被提審，王允的手下官員和朋友以及朝中許多官員都十分著急，想製止張讓對王允的陷害。大將軍何進、太尉袁隗，司徒楊賜聯名向皇帝上書，替王允求情，希望皇上能夠赦免王允。他們在奏章中寫道：王允嚴於律己，寬以待人，為官盡忠盡誠，寬宏賢能，具有君子的風範和氣節。過去晉悼公和先朝孝文皇帝能明辨是非，赦免大臣的罪行，陛下就不能仿效嗎？如此王允受命於朝廷，誅討逆賊，安撫良民，本應論功行賞，加官進爵；難道就因如此微不足道的小事情，就定他死罪嗎？陛下如此不公平地給予他處罰，恐怕有負眾望，百官有所不服吧。”靈帝劉宏看完奏章後，便赦免了王允的死罪，但仍下獄重新定罪。這年冬天，又逢朝廷大赦。由於張讓始終從中作梗，王允仍不在赦免之列。何進、袁隗、楊賜等三公要員繼續上書皇上，要求赦免王允。等到第二年，王允才被免罪釋放。當時，朝中宦官當權，張讓閹黨憑借權勢橫行霸道，為所欲為。剛剛出獄的王允雖對張讓等人的行徑深惡痛絕，但因力量有限，隻得改名換姓，離開都城洛陽，輾轉於河內、陳留之間。
不久靈帝駕崩，王允急忙趕赴洛陽吊喪。此時，朝廷局勢極度混亂，以何進為首的外戚勢力大增，閹黨張讓失去了對中央政權的控製權，麵臨覆滅的危險。大將軍何進利用各地方官吏奔喪的機會，大肆結交和拉攏親己勢力，以謀張讓。王允一到洛陽，就被何進緊急召見，並說明意圖。王允很感激何進對他的救命之恩，便滿口答應，並擔任從事從郎一職。後來情況發生急變，張讓集結黨羽，用何太後召見何進的名義把何進騙入宮中，趁機伏殺。王允不得不遷任河南尹，暫時逃避張讓的囂張氣焰。張讓伏殺何進後，曾奉密召的董卓、袁術等人立即領兵進京，討殺張讓。張讓、段掛等人挾持少帝劉辯和陳留王劉協半夜出逃。當時，朝中公卿大夫被急變的局勢嚇得不知所措，他們都不敢護衛少帝。王允立即派遣一部分士兵跟隨尚書盧植一起保護少帝，事後，又奉迎少帝回宮。
中平二年(公元190年)，董卓廢掉少帝，獻帝劉協繼位，王允被拜為太仆，不久遷任尚書令。初平元年(191年)，王允替代楊彪擔任司徒職務，同時兼任尚書令。
王允擔任司徒，可謂是受命於危難之秋。獻帝登極後，外戚、宦官鬥爭仍在繼續，黃巾軍起義風起雲湧，如火如荼，各地割據豪強也趁機發難，借討宦官為名，紛紛問鼎中央政權，整個東漢政權危機四伏，動蕩不安。麵對如此國將不國的尷尬局勢，王允毅然承擔起恢複和革新東漢政權和社會的重任，沒有絲毫退縮和畏懼。為了穩定政局，消除混亂，王允和朝中其它忠臣良將一道出謀劃策，重新樹立皇帝的絕對權威。
董卓在進駐洛陽過程中，迎立少帝，挾天子以令諸侯。進駐洛陽後，董卓又多次赤裸裸地表現出對權力的貪婪欲望。他廢舊立新，毒殺太後，廣植黨羽，培養親信，統收兵權，控製朝廷。從董卓的種種倒行逆施中，王允已經敏銳地意識到他將成為威脅東漢政權的最大隱患，必須采取必要措施遏製和除掉董卓。可是，董卓手中掌握有強大的軍事力量，黨羽眾多，而且董卓本人凶殘毒辣，如果主動出擊，隻能是以卵擊石。於是，王允表麵上一味聽任，甚至順從董卓，讓他放鬆對自己的戒備，實際上卻在細心計劃，周密布置。董卓進入洛陽後，為了站穩腳跟和擴大勢力，曾極力拉攏朝中有影響的官員。王允不動聲色，順勢歸順，盡量迎合。有時，王允不惜矯情曲意，偏違原則，來換取董卓的信任。董卓見王允不但具有才識，而且對自己忠心耿耿，毫無二心，於是便把王允當作自己的心腹親信，對王允不生絲毫疑心，無論朝政大小，都托付給王允處理。王允借此時機，親自主持一些恢複王室和發展社會經濟的具體事務。
王允雖然表麵上多有曲迎董卓之意，但在有些涉及原則、正義問題上，他仍堅持自己的意見。楊勳是當時朝廷的正義之土，自從董卓亂政以來，楊勳不畏強暴，一直與他進行尖銳的鬥爭。他曾與左將軍皇甫嵩一起密謀誅殺董卓，後因皇甫嵩升遷，楊勳勢力弱小，隻得作罷。一次，董卓問王允：“不知誰最適合擔任司隸校尉？”王允不假思索地回答說：“隻有楊勳最合條件。”雖然明知董卓與楊勳之間矛盾很深，但是，出於正義，王允毅然推舉了楊勳。
在與董卓表麵敷衍的同時，王允暗中積極組織和籌備反董卓的鬥爭。王允首先與司隸校尉黃琬、尚書鄭公業等人共同商議誅殺董卓的計策。為了控製一定武裝力量，王允等人極力向皇上推薦、保舉羌校尉楊瓚行使左將軍的權力；同時還舉薦執金吾士孫瑞擔任南陽太守，掌握一定的地方勢力，並且命令他借討伐袁術為名，帶領兵馬出道武關，實則為多路夾擊董卓做準備。士孫瑞的行動引起了董卓的懷疑，他決定把士孫瑞留在都城。王允聽說後，便順從董卓的意思，擢升士孫瑞為仆射。另外又擢升楊瓚為尚書，為最後反擊董卓做準備。
初平二年(公元192年)，董卓封王允為溫侯，食邑5千戶。王允想拒絕，士孫瑞對他說：“在大事沒成功之前，不能有絲毫破綻，您與董卓加官進爵，朝廷百官都瞻仰您的崇高品節，何樂而不為呢？不要因意氣而誤了大事啁！”王允一聽有道理，便受命聽封。
初平三年(公元193年)春天，天下遭受嚴重的自然災害，連續下了兩個多月的雨。王允和士孫瑞、楊瓚等人借登台祭祀乞神降雨之機，緊急商議謀殺董卓的行動方案。士孫瑞嚴肅地對他們說：“自從去年歲末以來，太陽陰晦不照，淫雨連綿不斷，這種暗無天日的日子應該有個盡頭。現在我們時機已基本成熟，如果不把握天機，先發製人，恐怕以後後患無窮啊！請你們認真考慮考慮。”王允很讚同士孫瑞的意見，決定伺機盡早行動，以圖董卓。可是，董卓爪牙密布，戒備森嚴，而且他本人力大無比，凶殘毒辣，如果不采取萬全之策，一旦失手，恐怕後果難以設想。王允提議，可以安插內應，裏應外合，殺他個措手不及。王允獲悉董卓與他的心腹呂布之間存在很深的矛盾，便秘密召見呂布。正好呂布也有反董卓之意。於是，王允便把誅殺董卓的計劃全部告訴呂布，並委他作內應。起初，呂布礙於自己是董卓的義子，不便在內部親自下手。王允對呂布說：“你姓呂，奸賊姓董，父子隻是名義上的，並非骨肉親情，況且董卓現在已是眾叛親離，你難道還認賊作父嗎？你當他為父親，平時他待你是兒子嗎？”呂布的愛妾被董卓霸占，心中早已不滿董卓對自己的粗暴行為和野蠻態度，於是便答應下來。
這年四月，正當王允等人準備采取行動的時候，正逢天子大病初愈。朝廷百官在未央宮集合，恭祝天子龍體安康。事前，呂布派同郡騎都尉李肅等人帶領十多名心腹親兵，穿上宮廷侍衛的服裝，潛伏在宮殿側門兩邊。當董卓大搖大擺地出現在側門外時，立即遭到潛伏在門後的李肅等人的突然襲擊。董卓急呼呂布，呂布手捧聖旨，大呼：“奉旨殺賊！”董卓在絕望中被亂刀殺死，並且誅連三族。