在《三国演义》中，董卓有两个女婿，一个是李儒，另一个就是牛辅。
其实李儒不是董卓的女婿，也不是董卓的谋士，他只是汉少帝刘辨的郎中令，董卓掌权后，他投靠了董卓，后受董卓指使，向汉少帝进献毒酒，毒死了汉少帝。
牛辅才真正是董卓的女婿，他是武威郡姑臧人，虽然能力有限，却深得董卓信任。在董卓把持朝政时，牛辅担任中郎将，统率李傕、郭汜、张济等人。
中平六年十月，黄巾余党白波军攻破河东郡，董卓命牛辅率军讨伐白波军，牛辅却大败而归。虽然如此，仍受董卓信任，统领着董的主要军队。
初平二年，董卓遭孙坚攻击，退往长安，令牛辅屯安邑，东中郎将董越屯于渑池，中郎将段煨屯于华阴，其余中郎将、校尉分布在诸县，共同防御关东诸将。
牛辅在安邑屯兵期间，他的部将李傕、郭汜、张济等人表现出色，曾在中牟大败朱儁，并大肆掠夺陈留、颍川诸县。
董卓被杀时，牛辅还在陕地屯兵，吕布派李肃以诏命诛杀牛辅。当时牛辅的部将李傕、郭汜、张济都不在跟前，牛辅率军迎击，击败李肃，李肃退走弘农，被吕布所杀。
牛辅作为主将却胆小懦弱，多疑且不能自安，常用兵符行军法，把腰斩的刑具放在身旁，用来给自己壮胆。会见宾客时，先让相士看人面相，再占卜吉凶，然后才见客。
同为董卓中郎将的董越，为商议对策来见牛辅，牛辅让筮人占卦，得到睽卦，睽卦为兑下离上，兑为金离为火。筮人曾被董越鞭打，为了报复董越，便对牛辅说道：“火胜过金，是外部谋夺内部的卦象。”牛辅于是当场将董越杀死。
虽然如此，牛辅心中仍是时刻惶恐不安。后来营中有士兵半夜出逃，引起营中惊乱，牛辅不想法安抚，却误以为满营皆叛，感到害怕，于是带着全部家当和亲信支胡赤儿等五六人，打算出城逃走，北渡黄河。
支胡赤儿等人贪图牛辅的财物，在城头往下放牛辅时，把他从半空摔下。牛辅腰部摔伤不能动弹，赤儿等人趁机抢夺珍宝，然后杀死牛辅，并砍下他的首级，送到了长安。
李傕、郭汜归来后，牛辅已败亡，李傕、郭汜没了主心骨，无所归依，本来想各自解散，后来采用贾诩的计策，攻陷了长安，称霸一时。
牛辅作为董卓集团的重要将领，在董卓死后本有机会带领其部众有所作为，但因其性格弱点，先是因疑心杀掉董越，后又抛弃军队逃亡，最终被随从所杀，落得个悲惨的下场。
在《三国演义》中牛辅首次登场于第3回，为董卓女婿，任中郎将，于董卓进京之际留守陕西。
董卓被杀后，牛辅引军五千杀往长安，欲为董卓报仇，途中遇到李傕、郭汜、张济、樊稠等人，便合兵共进，李傕令牛辅为西凉军前驱。
吕布带兵迎战，李肃为先锋，牛辅抵敌不过，败阵而去。后半夜牛辅趁李肃不备劫寨，大败李肃，李肃因兵败被吕布诛杀，吕布亲自与牛辅对战。
牛辅被吕布杀得大败，牛辅料定不能取胜，于是收拾金银珠宝，瞒着李催，郭汜等人趁夜弃军而逃，心腹随从胡赤儿欲谋取其金银珠宝，杀死牛辅，将头献予了吕布，胡赤儿也被吕布诛杀。
牛辅在《三国演义》的形象与正史大致相似，只是演义中李傕等人并非牛辅部下，心腹也从支胡赤儿改成了胡赤儿，牛辅也不像正史中那样懦弱，要比正史中更有血性一点。