这个故事说的是吕洞宾在洛阳城里遇见了花魁白牡丹，为度化她先后三次戏弄，最后让她看破红尘，同登仙界。这个故事在民间戏曲和说唱里非常流行，是八仙传说中少有的风流佳话。
洛阳牡丹甲天下，洛阳城里最美的牡丹却不在花园里，而在青楼上——那是名妓白牡丹。白牡丹生得面如芙蓉，眼似秋水，琴棋书画样样精通，天下多少王孙公子拿着金山银山来见她一面，她连帘子都不肯掀。可偏偏来了一个穷道士，身穿青布道袍，背着一柄长剑，大摇大摆地走进她的院子，往椅子上一坐，说：“我要见白牡丹。”老鸨一看是个穷酸，正想撵人，白牡丹却在帘后说话了：“请这位道爷进来。”
吕洞宾进了白牡丹的屋子，也不客套，坐下便说：“听说你才艺双绝，我今天来，想跟你比试比试——你跳舞，我舞剑；你弹琴，我吟诗；你画画，我写字。谁输了谁拜对方为师。”白牡丹觉得有趣，便答应了。
第一场比跳舞。白牡丹翩然起舞，舞姿曼妙，像一朵白牡丹在风中摇曳。吕洞宾拔出青锋剑，剑光如雪，身随剑走，满室寒光。最后剑尖一抖，一朵剑气凝成的白莲花缓缓飘落在白牡丹的裙摆上。白牡丹心服口服。
第二场比弹琴。白牡丹抚琴而歌，琴声幽怨凄婉，听得院外的路人纷纷驻足落泪。吕洞宾不弹琴，只张口吟了一首诗：“牡丹花下死，做鬼也风流。可惜你不知，牡丹也是梦。”白牡丹听了，琴声戛然而止，手指按在弦上微微发抖。
第三场比画画。白牡丹画了一幅《牡丹图》，花团锦簇，娇艳欲滴。吕洞宾提笔在旁边题了四句诗：“花开花谢总有时，人老珠黄谁人知。不如跟我出此门，白云深处是仙居。”写完把笔一掷，飘然而去。
白牡丹捧着那幅画坐了一整夜。第二天天一亮，她摘掉了头上的珠翠，脱下了绫罗裙，换了一身素衣，走到吕洞宾下榻的道观门前，跪下说：“师父，弟子愿跟您学道。”后来白牡丹跟随吕洞宾修道多年，终于得成正果，同登仙界。