既然情报已经是确凿无疑了，吕元膺立即下令升帐，部署兵马直扑那股叛军的驻地。由于叛军的指挥官訾嘉珍和门察已经向朝廷投诚，势成乌合之众的那些叛军根本不堪一击，很快就被歼灭殆尽了。
在庆功宴上，訾嘉珍和门察这两个惯于见风使舵的家伙干脆一不做、二不休，当场供出了——当初指使刺杀武元衡和裴度的人，也正是平卢淄青节度使李师道。吕元膺和白居易深感此事非同小可，于是紧急联名上奏朝廷。
就这样，派遣杀手当街刺杀宰相的真凶竟然意外曝光！原来一直藏在幕后操纵的那只黑手，竟是久怀异心的平卢淄青节度使李师道。
获悉消息后，唐宪宗再次隐忍不发，因为他知道，无论真凶是成德节度使王承宗，亦或是平卢淄青节度使李师道，在淮西没有平定之前，朝廷只能是隐忍不发，以避免多线作战。
在当时，唐军也是困难不少，平定淮西的战争从元和九年（813年）一直打到元和十二年（817年），四年间唐朝的财政负担越发沉重，但各个将领之间，以及中央军与地方军之间则互相观望、继续玩寇自重，以致战争进展十分的迟缓。
在这种情况下，元和十二年（817年），裴度向唐宪宗请求亲自前往前线督战，临行前，裴度对唐宪宗说：“臣若顺利破贼，必有面圣之日，如果不能成功，定无归阙之期。”
裴度以必死决心请求督战，就连唐宪宗都感动得当场流下了眼泪。终于，在裴度的有力统领下，原本一盘散沙的唐朝官军开始相互配合、战力大增！与此同时，中唐名将、忠武节度使李光颜有感于裴度的知遇之恩，也对淮西吴元济的军队发起了猛烈进攻，迫使吴元济将军队主力调往北线应战，从而导致淮西南线的防守出现空虚。
在这种有利的态势之下，元和十二年（817年）十月初十，名将李愬亲率近万名精兵，冒着风雪连夜挺进淮西南线老巢蔡州（今河南汝南）。在这一役中，李愬军顺利擒获淮西节度使吴元济，一举终结了淮西为时30多年的割据叛乱。
淮西的平定，极大地震动了全国各地藩镇，各个藩镇纷纷表态愿意归顺唐朝中央。随后，先是横海节度使程权奏请听从朝廷任命、入朝为官，并献出了沧州、景州（今河北景县）；幽州（今BJ）节度使刘总也上表请求归顺，刘总自己甚至削发为僧，挂冠而去；见到各个藩镇纷纷归顺，成德节度使王承宗也上表请求改过自新，并向朝廷献出了德州、棣州（今山东惠民东南），还将两个儿子王知感、王知信作为人质送到了长安。
元和十三年（818年）七月，唐宪宗又命令各路唐军共同讨伐平卢淄青节度使李师道，一年后，迫于唐朝官军压力，平卢淄青发生内乱，李师道父子被部下斩杀、父子两人首级均被传送长安，至此，这位下令刺杀武元衡和裴度的嚣张军阀，终于落网伏法。
李师道被杀后，唐朝自安史之乱以后持续六十多年的藩镇割据，一度基本消失，“垂六十年，藩镇跋扈河南北三十馀州，自除官吏，不供贡赋，至是尽遵朝廷约束”。而从唐宪宗在元和元年（805年）即位发动削藩开始，至此历经唐朝中央14年努力，终于一度平定了藩镇割据，史称“元和中兴”。
从力主削藩的铁血宰相武元衡当街被杀，时间又过了三年之后，唐朝中央政府终于实现了基本扫平藩镇割据的愿望。武宰相若是泉下有知，也应该会瞑目了吧？