董卓迁都长安时，王允把重要的兰台、石室图书秘纬收集起来带到关中。

到了长安，都分类条上。又收集汉朝旧事，应当施用的都一一奏上。经籍得以保全，王允有很大的功劳。

当时董卓还在洛阳，朝政大小，都托王允处理，王允惟命是从，董卓也信任王允，不生丝毫疑心。

王允借此时机，亲自主持一些恢复王室和发展社会经济的具体事务。当时天子、朝臣及内外，没有人不依靠王允的。

盖勋是当时朝廷的正义之土，自从董卓乱政以来，盖勋不畏强暴，一直与他进行尖锐的斗争。一次，董卓问王允：“不知谁最适合担任司隶校尉？”

允回答说：“只有盖勋最合条件。”虽然明知董卓与盖勋之间矛盾很深，但是，出于正义，王允毅然推举了盖勋。

在与董卓表面敷衍的同时，王允暗中积极组织和筹备反董卓的斗争。

王允首先与司隶校尉黄琬、尚书郑泰等人共同商议诛杀董卓的计策。

为了控制一定武装力量，王允等人极力向皇上推荐、保举护羌校尉杨瓒行使左将军的权力；同时还举荐执金吾士孙瑞担任南阳太守，并且让他们借讨伐袁术为名，带领兵马出道武关，实则为多路夹击董卓做准备。

董卓心中怀疑，于是把他们留住。王允听说后，便顺从董卓的意思，引士孙瑞为仆射，杨瓒为尚书。

初平二年（191年）十二月，董卓为跟随献帝入关的人封侯赐爵，王允被封为温侯，食邑五千户。

王允本来想拒绝，士孙瑞对他说：“保持谦逊俭朴，也要取决于合适的时候。天子裂土封爵，是为酬赏有功之臣。

您与董太师并位一同受封，而独自坚守高节，这岂是韬光养晦、不露锋芒的方法呢？在下实在认为不妥。”

王允一听有道理，便受封二千户。

初平三年（192年）春天，天下遭受严重的自然灾害，连续下了两个多月的雨。王允和士孙瑞、杨瓒等人借登台祭祀乞神降雨之机，紧急商议谋杀董卓的行动方案。

士孙瑞严肃地对他们说：“自从去年岁末以来，太阳阴晦不照，淫雨连绵不断，这种暗无天日的日子应该有个尽头。现在我们时机已基本成熟，如果不把握天机，先发制人，恐怕以后后患无穷啊！请你们认真考虑考虑。”

王允很赞同士孙瑞的意见，决定伺机尽早行动，以图董卓。

可是，董卓爪牙密布，戒备森严，而且他本人力大无比，凶残毒辣，如果不采取万全之策，一旦失手，恐怕后果难以设想。

王允认为，可以安插内应，里应外合，杀他个措手不及。当时董卓的心腹吕布与王允同是并州人，王允在之前就厚待接纳吕布。

董卓曾因少许失意，直接用手戟扔向吕布；吕布又与董卓的侍婢私通，担心事情被董卓知晓，心不自安。

于是，吕布主动去拜访王允，陈述董卓差点杀了自己的事，王允借机把诛杀董卓的计划全部告诉吕布，并委他作内应。

吕布碍于自己是董卓的义子，对王允说：“奈何我与他是父子！”

王允说：“你姓吕，与他本来就没有骨肉亲情，如今你保全自己的性命还来不及，还说什么父子！董卓向你投掷手戟的时候，他对你还有父子之情吗？”吕布被王允说服，于是决定助他诛杀董卓。