曹操剿灭吕布后，掌控徐州之地，遂任命车胄为车骑将军兼徐州刺史。建安五年（公元200年），左将军刘备秘密与
董承等人谋反。彼时，车胄身为徐州刺史，却在
邳州市被刘备以突袭之法杀害。
关于车胄之死存在一些争议：在三国志《武帝纪》中记载：“备之未东也，阴与董承等谋反，至下邳，遂杀
徐州刺史车胄，举兵屯沛。遣
刘岱、
王忠击之，不克。五年春正月，董承等谋泄，皆伏诛”，说明车胄是在
建安五年之前被杀；在后汉书《袁绍传》中记载：“五年，
左将军刘备杀
徐州市刺史车胄，据沛以背
曹操。操惧，乃自将征备”，说明车胄是在建安五年被杀；而在《善败者刘备》中记载：“建安四年（公元199年）刘备杀徐州刺史车胄，人据徐州，公开反曹”，说明车胄是在建安四年被杀。
《资治通鉴卷第六十三》中记载：“〔《
资治通鉴考异》曰：《蜀志》先叙董承谋泄诛死，备乃杀车。《
魏志》，备杀车冑后，明年，董承乃死。《袁纪》，备据
邳州市亦在承死前。蜀志误也。〕”（白话文意思是，
司马光在考证历史的差异时发现：《
三国志》中的《蜀志》首先描述了
董承的谋反计划泄露并被处死，之后才是
刘备杀掉车胄的事件。然而，《魏志》中说，在刘备杀掉车胄之后，又过了一年董承才去世。另外，《袁纪》中记载：刘备占领下邳城也是在董承去世之前的事情。因此，他认为《蜀志》中的记载是不准确的。）
车胄出现在《
三国演义》第二十一回“曹操煮酒论英雄
关羽赚城斩车胄”。在这一回中，
曹操与刘备煮酒论英雄之后，刘备借口截击
袁术，脱离曹操掌控前往
徐州市。曹操得知刘备离开后，令车胄想办法除掉刘备，但车胄的计划被
陈登告知了刘备。关羽将计就计，扮作
曹军骗车胄出城，最终将车胄斩于马下。