元和元年（806），剑南西川节度使刘叛变，唐宪宗准备讨伐，宰相杜黄裳、翰林学士李吉甫献计献策，平定了刘之乱。后来镇海李錡反叛，也被朝廷平定。
元和八年（813），魏博节度使田季安死，夫人元氏擅立其11岁幼子田怀谏为节度副大使，军政事务由家僮蒋士则主持，部众不服，拥田兴为帅。田兴一向拥护朝廷。从此以后，独立了50年的魏博镇，暂时归顺朝廷。这些事件鼓舞了宪宗削藩的信心和决心。从元和十年开始，他在李绛、武元衡、裴度几位宰相的赞助下，讨伐吴元济。
吴元济的父亲吴少阳，曾任彰义军（淮西）节度使，长期割据淮西。元和九年（814）九月，少阳死，子吴元济自立，与朝廷为敌。“屠舞阳，焚叶县，攻掠鲁山、襄城、汝州、许州及阳翟”，“关东大恐”。十月，唐宪宗以李光颜为忠武节度使，严绶为申、光、蔡招抚使。第二年正月，又任韩弘为淮西行营都统，宦官崔潭峻监军，讨伐吴元济。但韩弘和严绶都不认真作战，只有李光颜的战功最多。
讨伐吴元济的战役开始以后，河北割据军阀非常恐慌。与吴元济狼狈为奸的淄青节度使李师道，开始请求朝廷赦免吴元济，看宪宗不允，就放火烧掉了讨伐军的军需基地——河阴转运院，“杀伤十余人，烧钱帛三十余万缗匹，谷三万余石”。这个转运站是唐政府接送江淮税物的最大转运站，讨伐军受到很大打击。
河阴事件以后，朝廷内部议论纷纷。唐宪宗派御史中丞裴度到达淮西，抚慰将士。裴度从前线归来以后，用李光颜多次局部胜利的事实进行宣传，坚定了唐宪宗平定淮西叛乱的决心。
当时，宰相武元衡主持削藩之事。李师道烧毁军需品的罪恶活动，并没有制止平叛战争，于是他又采取暗杀手段。元和十年（815）六月一天的黎明，宰相武元衡上早朝，在长安靖安坊的东门被刺身死，另一位主战派裴度，也受了重伤。这是唐建国200年来从来未有的严重事件。
暗杀事件并没有吓倒主战派，元和十一年（816）十二月，宪宗任李愬为唐邓节度使，继续讨伐吴元济。
这次战争吸取了前两年挫折的教训，为了解决好淮西前线的粮食问题，中央政府专门设立一个军运机构，叫淮颍转运使，把扬州转运院的粮食，从淮阴装船，逆淮河进入颍水，经颍水到项城溵水，再经溵水把粮食送到郾城前线。
元和十二年（817）正月，大将李愬到达唐州（今河南唐河）。为了麻痹吴元济，他既不整顿队伍，也不构筑工事，而是深入基层作好士兵的工作，特别注意照顾好伤员病号。有人怀疑这样做是不是显得我们的军队太懦弱了，李愬说：“吴元济过去藐视我们这支队伍，现在我军调来新将领，他可能加强防御，我现在这样做，是想麻痹敌人，叫他丧失警惕。”
吴元济进攻的主要目标是陈（今河南淮阳）、许（今许昌市）一线，矛头指向东都。他在西南方面的军队只对唐军起牵制和骚扰作用。经常出动的捉生虞侯丁士良，元和十二年（817）二月，被李愬俘获。战士们认为这个人是吴元济的勇将，常在东边为患，主张杀掉。李愬决定争取他，给他松了绑。丁士良很受感动，表示要以死报效。李愬任命他为捉生将，叫他给朝廷服务。
丁士良给李愬出谋划策说：“吴秀琳是吴元济一员干将，他所以能长期盘踞文城栅（今河南遂平县西南），是因为他手下有个陈光洽给他出谋划策。陈光洽有弱点，此人勇敢但很轻率，喜欢独自出战。只要把他抓来，吴秀琳失去谋主，可能反正。”李愬同意丁士良的计谋。不久，丁士良果然把陈光洽抓来了。三月，李愬从唐州进军宜阳栅（今河南桐柏），吴秀琳果然率3 000人投降。李愬把降将的家属都搬到唐州，作为人质，投降的叛军将士都安心给讨伐军效力。四月，讨伐军便克服了郾城。
李愬是卓越的军事家，善于做瓦解敌人的工作。对于投降的将领，李愬亲自找他们交谈。通过谈话，一面借机侦察敌情，一面解除降将的顾虑，叫他们忠心为朝廷服务，发挥他们的作用。过去有一条禁令，严禁留宿吴元济官兵，违者杀头。李愬不仅取消禁令，而且鼓励百姓留宿吴元济的人员，并要留宿人家优待他们。这样，吴元济的情报人员，不少变成李愬的义务谍报员。
元和十二年（817）五月，李愬又争取到淮西将李佑归降，并任命他为散兵马使，共同制定夺取蔡州的作战方案。
到这年七月，朝廷讨伐淮西的战争已近三年之久，虽然取得一些胜利，但耗费甚大，并没有从根本上扭转战局。宰相李逢吉认为攻打淮西劳师竭财，主张罢兵。裴度不以为然，请求到前线督战。唐宪宗任命裴度为彰义（淮西）节度使及淮西宣慰招讨处置使。裴度到达前线，驻扎郾城。他发现过去宦官监军，干扰主帅的行动。裴度奏请皇帝取消监军，得到唐宪宗的准许。从此，主将得以机动灵活指挥战争，集中精锐参战。
九月二十八日，李愬亲自带兵进攻吴房（今河南遂平）。将士们认为这天是往亡日阴阳家把每月都定一天叫“往亡日”，这天忌讳行军征讨、上任、拜官等活动。，犯忌，怕出兵不利。李愬说：“我们的兵力不多，敌人认为这个日子我们不会出师，现在发起攻击，正是攻其不备。”于是立即出兵，一举攻进吴房外城，杀敌1 000余名。敌人退守内城。
十月初，李祐建议说：“吴元济的精锐部队目前在洄曲（今河南商水）一带防守边境，而蔡州驻军多是老弱病残，现在应及时夺取蔡州。”李愬认为，战机业已成熟，昭陵六骏图于是立即派人请示宰相裴度，裴度批准了他们进攻蔡州的作战方案。于是，围攻蔡州的战役开始了。
十月十五日夜间，大举围攻蔡州（今河南汝南）。李愬派李祐、李忠义带3 000突击队为先锋，自己带3 000人为中军，另一将领史进城领3 000人为后军，又分出部分队伍留守文城栅。大军直奔张柴村，一举攻克了这个战略要地。李愬令战士稍事休息，然后派遣500人，专门破坏蔡州通往各方面的交通要道，同时指挥大军继续东进。
这天夜里，起初是阴云密布，后来是雨雪交加，寒风凛冽。到了半夜，下起了鹅毛大雪。
淮西从吴元济父子割据以后，朝廷的官兵已经30多年没有到蔡州了。十六日唐军兵临城下时，城里还无人知晓。李祐、李忠义亲自带头登城，守门的士兵在酣睡中当了俘虏。讨伐军攻入内城，吴元济还在梦中。等他仓猝爬上节度使衙门的围墙，企图组织抵抗时，已无济于事，只得束手就擒。从此，淮西三州归唐。
朝廷收复了淮西三州以后，其他藩镇非常恐惧。元和十三年（818），横海镇程权自请离镇去当朝官，于是朝廷收复了沧、景二州。幽州镇刘总也上表归顺。成德镇王承宗上表请求自新，献出德、棣二州，所管诸州录事以下各级官员，请朝廷任命。唐宪宗又令魏博节度使田弘正讨伐淄青节度使李师道，把李师道正法，收复了淄青等12州。淄青镇从永泰元年（765）李正己开始割据，到现在已54年。平灭了淄青的李师道，藩镇割据的局面基本上结束，暂时实现了全国统一。在统一战争中，宰相裴度和唐宪宗、李愬等，都起了很大的作用。封建史家把这个统一局面，叫做“元和中兴”。