10丙申（二十五日），李光颜上奏在时曲（今河南漯河市召陵区附近）击败淮西军队。（胡三省注：时曲在陈州殷水县西南。）淮西军队早上逼近他的营垒列阵，李光颜不能出去，就自己毁掉营栅的左右两边，派出骑兵攻击敌人。李光颜亲自率领几名骑兵冲击敌阵，进出多次，敌人都认识他，箭射在他身上像刺猬毛一样；他的儿子拉住缰绳阻止他，李光颜举起刀呵斥他离开。于是人们争相拼死作战，淮西军队大败，被杀几千人。宪宗认为裴度识别人才。
11宪宗自从李吉甫去世后，把用兵的事情全部委托给武元衡。李师道豢养的门客劝李师道说：“天子之所以坚决要诛杀蔡州的原因，是武元衡支持的，请求暗中前去刺杀他。武元衡死了，那么其他宰相就不敢主持这个谋划，会争相劝天子停止用兵了。”李师道认为对，立即资助派遣他前去。
王承宗派遣牙将尹少卿奏事，为吴元济游说。尹少卿到中书省，言辞不恭敬，武元衡呵斥他出去；王承宗又上书诋毁武元衡。六月，癸卯（初三），天还没亮，武元衡入朝，从他居住的靖安坊东门出去；有盗贼从暗处突然冲出来射箭，随从们都逃散了，盗贼拉住武元衡的马走了十多步后杀死他，割下他的头颅离开。又进入通化坊袭击裴度，刺伤他的头部，裴度掉进沟里，因为裴度的毡帽厚实，得以不死；侍从王义从后面抱住盗贼大声呼喊，盗贼砍断王义的手臂后离开。京城大为震惊，于是下诏宰相出入，增加金吾骑士张弓拔刀护卫，经过的坊门盘问搜索非常严格。朝官没天亮不敢出门。宪宗有时登上宫殿很久，朝班还没整齐。
盗贼在金吾以及府、县留下纸条，（胡三省注：左、右金吾掌管巡逻捕捉奸邪不法之人。府、县指京兆府以及两个赤县。）说：“不要急于追捕我，否则我先杀了你。”所以捕捉盗贼的人不敢太急切。兵部侍郎许孟容见宪宗说：“自古以来没有宰相横尸路边而盗贼不能抓获的，这是朝廷的耻辱！”于是哭泣。又到中书省挥泪说：“请上奏起用裴中丞为宰相，大肆搜捕贼党，彻底追查他们的奸邪根源。”戊申（初八），下诏朝廷内外各地搜捕，抓获盗贼的赏赐一万缗钱，授予五品官；敢包庇隐藏的，整个家族处死。于是京城大肆搜索，公卿家有夹壁、双层屋椽的都被搜索。（胡三省注：复壁，夹墙。重橑，大屋覆盖小屋，上下都有椽子，中间可以容纳东西。）
成德军进奏院有恒州士兵张晏等几人，行为不端，（胡三省注：无状，指没有好的表现。）大家多怀疑他们。庚戌（初十），神策将军王士则等人告发王承宗派遣张晏等人杀死武元衡。官吏抓获张晏等八人，命令京兆尹裴武、监察御史陈中师审问他们。癸亥（二十三日），下诏把王承宗前后三次的表章拿给百官看，商议他的罪过。
裴度受伤卧床二十天，下诏让卫兵住在他的府第，中使问候不断。有人请求罢免裴度的官职来安抚恒州、郓州的人心，宪宗发怒说：“如果罢免裴度的官职，就是奸计得逞，朝廷不再有纲纪。我任用裴度一个人，足以打败王承宗、李师道两个贼寇。”（胡三省注：史书记载宪宗英明果断，所以能成功。）甲子（二十四日），宪宗召裴度入宫应对。乙丑（二十五日），任命裴度为中书侍郎、同平章事。裴度进言说：“淮西是心腹之患，不能不除掉；而且朝廷已经讨伐它，两河藩镇中跋扈的人，将根据这件事来看朝廷的态度，不可以中途停止。”宪宗认为对，把用兵的事情全部委托给裴度，讨伐贼寇非常急切。起初，德宗多猜忌，朝官有相互来往的，金吾都要侦察上报，宰相不敢在私人府第会见客人。裴度上奏：“现在盗贼没有平定，宰相应该招纳四方的人才参与谋划议论，”开始请求在私人府第会见客人，宪宗答应了。
陈中师审问张晏等人，他们都供认杀死了武元衡；张弘靖怀疑这不真实，多次对宪宗说，宪宗不听。戊辰（二十八日），斩杀张晏等五人，杀死他们的同党十四人，李师道的门客最终暗中逃跑了。（胡三省注：《旧唐书·张弘靖传》记载：“起初，盗贼杀死武元衡，京城搜索盗贼没有抓获。当时王承宗的府邸中有镇兵张晏等人，行为不端，人们多怀疑他们。下诏逮捕交付御史台御史陈中师审问，都牵强附会地给他们定罪，像京城中所说的那样。张弘靖怀疑他们不公正，多次在皇上面前说；宪宗不听。等到田弘正进入郓州，检查账簿，也有杀死武元衡的人，但事情模糊不清，各有说法，最终没有得到实情。”按《旧唐书·吕元膺传》记载：“抓获李师道的将领訾嘉珍、门察，都声称是杀害武元衡的人。”然而武元衡的死，必定是李师道所做的。但因为武元衡呵斥尹少卿，以及王承宗上表诋毁武元衡，所以当时的人都指责王承宗罢了。现在依从薛