在叛鎮如此囂張的情況下，唐憲宗並沒有動搖，他堅定地說：“如果罷免裴度的官，就將讓奸謀得逞，那麼，朝廷還有什麼綱紀！我用裴度一人，足以破賊。”他下詔讞衛兵宿衛裴府，派使者不斷地探問裴度的傷情。裴度養傷20天，傷愈。六月二十五日，憲宗任命裴度為中書侍郎、同平章事，主持用兵。
對於前線作戰不力的將帥，唐憲宗堅決予以撤換。前線統帥嚴綬懦弱無能，又有宦官作監軍，對諸將加以監視，打了勝仗功勞歸於自己，打了敗仗過錯全推到諸將頭上，弄得將帥誰也不肯出力，軍心渙散，士氣低落，出師3年，仍不能奏效。憲宗將他撤掉，以右羽林大將軍高霞寓為唐、隨、鄧節度使，專事攻戰。高霞寓戰敗後，又以表滋為彰義節度使，申、光、蔡、隨、鄧等州觀察使。816年（唐元和十一年十二月），又以名將李愬為唐、隨、鄧州節度使，替換表滋，繼續討伐吳元濟。
到817年（唐元和十二年），朝廷討伐淮西的戰役已有4年之久，由於戰爭持續時間長久，運輸疲敝，很多耕牛倒斃在運輸途中。百姓失去耕牛，以至於有用驢耕地的。宰相裴度自請往前線督戰。憲宗大喜，任命裴度為門下侍郎、同乎章事兼彰義節度使、淮西宣慰處置使，負責指揮全軍。為了使裴度能順利平定淮西，憲宗對裴度言聽計從，凡所奏請，一應準奏。裴度奏請以刑部侍郎馬綜為宣慰副使，以右庶子韓愈為彰義行軍司馬，所任命的判官、書記，都是朝廷一流的人選，憲宗都一一答應。裴度臨行時對憲宗說：“臣如果能消滅敵人，則還有機會朝見天子。隻要敵人在，我永遠不回朝廷。”表達了自己與淮西叛鎮勢不兩立的決心。
裴度來淮西前線，進駐郾城。他發現過去宦官臨軍，幹擾主帥的行動，便奏請憲宗取消禁軍，得到憲宗的準許。從此，主將得以機動靈活指揮戰爭，集中精銳參戰，很快扭轉了被動局麵。裴度又任用李愬、李光顏等一批名將，整頓前線軍務，改變了以前軍令不統一的混亂局麵。
817年（元和十二年）冬，在一個風雪彌漫的夜裏，唐將李愬率領9000士兵，突襲淮西鎮治所蔡州城。由於李愬有勇有謀，出其不意，當唐軍兵臨蔡州城下的時候，城裏還沒有人知道，守城的士兵在酣睡中當了俘虜。唐軍攻入內城，吳元濟還在夢中。匆忙之際，他帶著親兵登上牙城，企圖負隅頑抗，但已無濟於事，終於束手就擒。淮西自吳少誠以來，朝廷的官兵已經有32年沒有到蔡州了。憲宗經過4年的艱苦平叛，終於複將淮西收歸中央。
朝廷平定了淮西之後，其他藩鎮非常恐懼，紛紛上書朝廷，表示願意歸順。橫海節度使程權，割據滄景三世，共傳四任，自己請求離鎮去當朝官，於是朝廷收複了滄、景二州。幽州鎮劉總也上表歸順。成德鎮王承宗原來配合吳元濟攻掠河北，這時趕緊向朝廷提出要求，輸賦稅，請官吏，獻德、棣二州，送二子入朝為質，以示臣服。
淄青鎮的李師道在朝廷平定淮西時，與吳元濟相互勾結，煽風點火，鬧得朝野不得安寧。憲宗本來打算同時向淄青用兵，因力量不夠，隻好暫時忍耐。淮西滅亡後，李師道還在與朝廷對抗。
818年（唐元和十三年七月），唐憲宗下詔書，宣布李師道的罪狀，命令宣武、魏博、義成、武寧、橫海諸鎮兵共同討伐他。這次出兵與討淮西的艱難情況大不一樣，李師道孤立無援，沒有一個藩鎮敢幫他的忙，孤軍頑抗。參加討伐的各鎮節度使分道出兵，連戰連勝。李愬十一戰皆捷，田弘正率領魏博兵也大敗淄青兵。李師道眾叛親離，部將紛紛投降。在官軍齊心協力的攻擊下，李師道很快就兵敗被殺，淄青十二州皆平。淄青自代宗時李正己割據，曆4世54年，至此被中央平滅。這是唐憲宗平滅的最後一個勢力強大的藩鎮。
自安史之亂以來，曆經肅宗、代宗、德宗、順宗、憲宗五朝代，藩鎮跋扈河北、河南30餘州，自任官吏，不供貢賦，至此，終於被憲宗一一平定，唐朝又恢複了統一。這個統一的局麵，史家稱為“元和中興”。
“元和中興”不僅體現在憲宗削平藩鎮，統一全國，還體現在他進行一係列政治改革，經濟改革，使安史之亂以後衰落下去的唐王朝又出現“中興”的局麵。
憲宗即位以後，注重任用賢才，采納諫言。就在他剛即位的805年（唐永貞元年八月），升平公主獻50名女子，被他拒絕。荊南獻兩隻毛龜，唐憲宗說：“我所寶貴的隻有賢人，從今以後，一切祥瑞及珍禽奇獸都不許進獻。”他所重視的是能夠幫助他治國平天下的賢才。