唐宪宗元和十二年，春，正月，李愬来到唐州。唐州的军队经过挫败伤亡后，将士们都害怕作战，李愬对此心知肚明。有人出来迎接李愬，李愬便对他们说：“皇上知道我软弱怯懦，能够忍受耻辱，因此派我来抚慰你们。至于打仗进取，那不是我的事情。”大家信以为真，于是都放心了。
李愬亲自去看望众将士，慰问抚恤伤病者，没有威严的架子。有人以军中政事不够整肃向李愬进言，李愬说：“我不是不知道。袁尚书专门以恩惠安抚敌人，敌人轻视他。现在敌人知道我来了，肯定要增设防备。所以我故意让敌人看到我没有整肃军队，他们肯定会以为我怯懦而又懒惰，其后我才可以想办法对付他们。”淮西人自认为曾打败了高霞寓和袁滋两个主帅，而李愬名不见经传，官位又卑微，因此不再作防备。
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二月，李愬策划袭击蔡州，上表请求增派兵力，宪宗颁诏将昭义、河中、鄜坊的两千步骑拨给了他。丁酉（初七），李愬派十将马少良率领骑兵十余人巡回侦察，遇到吴元济的捉生虞候丁士良，与其交战时将他擒获。丁士良是吴元济手下骁勇善战的将领，经常祸害东边的交界处。大家请求将丁士良的心剜出来，李愬答应了。随即将丁士良带上来，李愬当面斥责他，丁士良却毫无惧色。李愬赞叹道：“真是一位大丈夫！”他下令为丁士良松绑。于是丁士良主动说：“我原本不是淮西的官吏，贞元年间我隶属安州，与吴氏作战，被其擒获，自以为会被处死，吴氏却释放并起用了我。我因为吴氏而得以再生，所以我为吴氏父子尽力效命。昨天我力不能支，又被您所擒获，料想这次会被处死，现在您又让我活下来。请让我为您竭力效命，以报答恩德。”于是，李愬将铠甲兵器都还给他，任命他为捉生将。
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丁士良向李愬进言：“吴秀琳拥有三千人马，据守文城栅，是敌人的左臂。官军不敢靠近他的原因，是有陈光洽为他出谋划策。陈光洽骁勇善战，但不够稳重，喜欢亲自冲锋陷阵，请让我替您先活捉陈光洽，吴秀琳自然就会投降了。”戊申（十八日），丁士良擒获陈光洽，将他带回来。
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三月，吴秀琳率文城栅守军向李愬投降。戊子（二十八日），李愬领兵来到文城西面五里处，派唐州刺史李进诚率领八千士卒来到城下，召呼吴秀琳。城中箭石如雨而下，将士们无法上前。李进诚回来报告说：“敌人是假装投降，不能相信。”李愬说：“这是在等我亲自去。”李愬当即来到城下，吴秀琳收起兵器，伏在李愬的马前。李愬抚摩着他的脊背，好言宽慰，并接收了吴秀琳的三千人马。吴秀琳的将领李宪武艺高强又很勇敢，李愬为他改名为李忠义，并起用了他。李愬把各将领的女眷搬迁到唐州。于是，唐州与邓州部队的士气又振作起来，人人都有准备打仗的决心。敌军接二连三地前来投降，李愬根据情况对他们做出安置。得知归降者家中有父母需要照料，便发给粮食布帛让他们回去，说：“你们都是朝廷的百姓，不能丢下亲属不管。”大家都感动得哭了。
官军与淮西军隔着溵水扎营。官军的各支军队相互观望，没有哪支军队敢率先渡过溵水。陈许兵马使王沛率领五千人马先行渡过溵水，占领要害之处构筑营垒。于是，河阳、宣武、河东、魏博等军队都相继渡过溵水，进逼郾城。丁亥（二十七日），李光颜在郾城大败三万淮西军，赶走了其主将张伯良，杀死十分之二三的敌军。
己丑（二十九日），李愬派山河十将董少玢等人分别攻打各处栅垒。就在当天，董少玢占领马鞍山，攻克路口栅。夏季，四月，辛卯（初二），山河十将马少良占领嵖岈山，擒获淮西将领柳子野。
吴元济任命蔡州人董昌龄为郾城县令，而将他的母亲杨氏当作人质。杨氏对董昌龄说：“忠于朝廷而死胜于叛逆朝廷而生。你摆脱叛逆，就是我死了，你也是我孝顺的儿子；你追随叛逆，就是我活着，也等于杀死了我。”当时适逢官军包围青陵，切断了郾城的退路，郾城守将邓怀金去找董昌龄商议，董昌龄便劝其归顺朝廷。于是，邓怀金向李光颜请求投降，说：“郾城将士的父母、妻子、儿女都住在蔡州，请您前来攻打郾城，我点燃烽火向蔡州请求救援，等援军赶来时，您便迎击他们，蔡州兵马必定失败。此后我再归降，郾城将士的父母、妻子、儿女大概便能幸免于难了。”李光颜听从了他的主张。乙未（初六），董昌龄与邓怀金率领全城归降，李光颜带领兵马占领了郾城。吴元济得知郾城失守，非常恐惧。当时，董重质率领骡军在洄曲防守，吴元济将亲信将士以及守城士兵全派往董重质处，让其抵御李光颜。
李愬的山河十将妫雅、田智荣攻克了冶炉城。丙申（初七），山河十将阎士荣攻克了白狗、汶港两处栅垒。癸卯（十四日），妫雅、田智荣攻破西平。丙午（十七日），游弈兵马使王义攻下楚城。
五月，辛酉（初二），李愬派柳子野、李忠义袭击朗山，擒获了守将梁希果。
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丁丑（十八日），李愬派方城镇遏使李荣宗攻克青喜城。
每当李愬得到归降的士兵，一定要亲自领来询问淮西的底细，因此他对敌方的地形和兵力布置了解得十分清楚。李愬对吴秀琳格外优待，与其谋划夺取蔡州。吴秀琳说：“如果您想夺得蔡州，必须有李祐相助方可，我是无能为力的。”李祐是淮西的骑兵将领，有勇有谋，驻防兴桥栅，经常欺凌官军。庚辰（二十一日），李祐率领手下在张柴村收割麦子，李愬叫来厢虞侯史用诚，告诫道：“你带领三百骑兵埋伏在那片树林中，再让人在前面摇动旗帜，做出将要焚烧他们的麦堆的样子。李祐向来轻视官军，一定会率领轻骑前来驱逐。这时，你便派骑兵袭击他，定能将其擒获。”史用诚按照李愬的吩咐前往，果然生擒李祐而归。由于李祐以前杀害了许多官军，将士们争着请求将他杀掉。李愬不答应，还给他松了绑，以宾客的礼节对待他。
当时李愬准备突袭蔡州，于是更加隐密地谋划。他只叫来李祐和李忠义，屏退其他人后才密谈，有时一直谈到夜半，其他人都不能够参与商议。各将领担心李祐会谋反作乱，多次规劝李愬，而李愬却待李祐更为优厚。这让士兵们不高兴了，各军每天都有文书声称李祐是淮西的内应，而且号称是听敌方奸细讲的。李愬担心这些流言先传至朝廷，自己来不及搭救李祐，便握着李祐的手哭泣着说：“难道是上天不愿意平定这帮贼人吗？为什么你我二人如此相知却不能制止众人的流言呢？”因而，李愬对大家说：“既然诸位怀疑李祐，请让我把他送到皇上那里接受死刑吧！”于是，李愬给李祐加上枷锁，送往京城，而事先暗中上表讲清缘由，并且说：“如果杀了李祐，讨伐吴元济就无法取得成功。”宪宗下诏放了李祐，将他还给李愬。李愬见到李祐，高兴地握着他的手说：“你得以保全，这是社稷的神灵保佑啊！”李愬便任命李祐为散兵马使，让他带着佩刀巡视警戒，出入自己的帐中。有时，李愬与他一同就寝，秘密交谈直到天明还不入睡。有人在帐外悄悄偷听，只听到李祐感动的哭泣声。当时，唐州、随州节度使牙卫队三千人，号称六院兵马，都是山南东道的精锐军队，李愬又任命李祐为六院兵马使。(www.xing528.com)
根据旧时的军令，留宿敌方的奸细要被诛灭全家。李愬废除这一军令，让大家优待敌方的奸细。奸细反而将实情报告给李愬，李愬因此更了解敌人的情况。乙酉（二十六日），李愬派兵攻打朗山，淮西兵前去援救，官军失利。大家都很沮丧恼恨，只有李愬开心地说：“这正是我的计策啊！”于是，李愬募集了敢死之士三千人，号称突将，每日从早到晚亲自训练他们，让他们时刻做好出征的准备，李愬就是打算以这支军队袭击蔡州。当时正值连日下雨，到处积水，这一计划没有实施。
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各路人马讨伐淮西蔡州，历时四年，没有攻克，物资转运使得人们疲惫不堪，百姓甚至只能用驴子耕种田地。宪宗也为此忧虑，便向宰相询问。李逢吉等人争着说军中士气低落，财物消耗完了，意思是要停止用兵。唯独裴度一言不发，宪宗征求他的意见，他答道：“臣请求亲自前去督战。”乙卯（二十八日），宪宗又对裴度说：“你果真能够为朕走一趟吗？”裴度答道：“我发誓不与这些贼人一起活在这世上。近日臣看了吴元济的奏表，发现他的处境已经十分窘困，但我方各将领心不齐，没能齐心协力逼迫他，所以他还没有降顺。如果我亲自前往行营，各位将领唯恐我夺了他们的功劳，肯定争着出兵破敌了。”宪宗非常高兴。丙戌，宪宗任命裴度为门下侍郎、同平章事、兼彰义节度使，还充任淮西宣慰招讨处置使，同时任命户部侍郎崔群为中书侍郎、同平章事。制书下达后，裴度因韩弘已经出任都统，不想再担当招讨使，请求只称宣慰处置使。他还奏请由刑部侍郎马总担任宣慰副使，右庶子韩愈担任彰义行军司马，判官、书记等职都由朝廷选派。宪宗都批准了。裴度将要启程时，对宪宗说：“倘若叛贼覆灭了，我不久就会前来朝见陛下；倘若叛贼没有肃清，我就不会回到朝廷中来。”宪宗听了，不禁流下眼泪。
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九月，甲寅（二十八日），李愬准备攻打吴房。诸将领都说：“今天是不宜用兵的往亡日啊。”李愬说：“我们人马少，不足以打阵地战，应该出其不意。敌人也会因为今天是往亡日而不加防备，这正是可以袭击的时候。”于是，李愬率军前往，攻克了吴房的外城，斩首一千余级。残敌退守内城，不敢出战。李愬率领兵马回撤以引诱敌军，淮西将领孙献忠果然率领五百名骁勇的骑兵从后面追来。大家惊惶失措，准备逃走。李愬跳下马来，靠在胡床上，下令道：“有胆敢退却的斩！”众将士于是回军奋力作战。孙献忠战死，淮西兵马这才退去。有人劝李愬乘胜攻打吴房的内城，认为能够攻克。李愬说：“这不是我的计策。”于是率领人马返回营地。
李祐向李愬进言说：“蔡州的精锐部队都被派往防守洄曲，以及四周的边境，防守蔡州城的都是老弱残兵。我们可以趁其空虚，直捣蔡州城。等到叛军将领得知消息时，吴元济已经就擒了。”李愬认为他说的有理。冬季，十月，甲子（初八），李愬派掌书记郑澥前往郾城，秘密禀报裴度。裴度说：“用兵打仗，不出奇兵，不能取胜，李常侍的计策很妙啊！”
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裴度率领幕僚在沱口察看修筑城墙，董重质率领骑兵从五沟出发，拦击裴度。叛军大声呼喊着向前冲，搭着弓弩，挥舞兵器，将要伤及裴度。李光颜与田布奋力作战，抵御董重质，裴度才得以进入沱口城中。叛军退去，田布扼守其沟中的退路，叛军下马翻越沟堑，摔死压死的有一千多人。
辛未（十五日），李愬命令马步都虞侯、随州刺史史旻等留守文城，命令李祐与李忠义率领三千敢死队作为前锋，自己与监军率领三千人作为中军，命令李进诚率领三千人殿后。军队出发后，并不知道开往哪里。李愬说：“一直往东走！”军队走了六十里路，夜幕降临，来到张柴村，将屯戍村中的叛军和守候烽火的人全部杀了，占领了叛军的营垒。李愬让将士稍作休息，吃些干粮，整顿马具，让义成军的五百人留守张柴村，以截断朗山过来的援军，命丁士良率领五百人，摧毁洄曲与各条道路间的桥梁。李愬继续带领部队趁着夜色出了张柴村的栅门。各位将领请示目的地，李愬说：“去蔡州捉拿吴元济！”各位将领都大惊失色。监军哭着说：“果然中了李祐的奸计！”当时，狂风暴雨，旗帜破裂，冻死的战士与马匹随处可见。天色阴暗，由张柴村往东去的道路，都是官军从来没有走过的，人人都暗自以为此去必死无疑。但他们畏惧李愬，不敢违抗命令。半夜时分，雪下得更大了。官军走了七十里路，来到蔡州城下。城边有一处养鹅鸭的池塘，李愬命令哄打鹅鸭，以遮掩军队行走的声音。
自吴少诚抗拒朝廷以来，官军不到蔡州城下已经有三十多年，所以蔡州人并没有防备。壬申（十六日），四更时，李愬来到蔡州城下，叛军无人知晓。李祐和李忠义用锄头在城墙上掘出坑坎，率先登城，强壮的士兵紧随其后。看守城门的叛军睡得正香，就被杀了，只将巡夜打更的人留了下来，让他继续敲打木梆。于是，李祐等人打开城门，让大家进去。来到内城时，同样神不知鬼不觉，城中的人毫不知晓。拂晓鸡鸣之时，雪停，李愬已经进入吴元济的外宅。有人向吴元济报告：“官军到啦！”吴元济睡着，笑道：“不过是被俘的囚徒在行窃罢了！天亮后我会把他们都杀了。”又有来报告的人说：“州城失陷啦！”吴元济说：“这一定是洄曲的小子们来向我要求发放冬季服装的。”他站起身来，走到院子中向外聆听，听到李愬军在发布号令说：“常侍发布命令。”响应的人有将近一万。吴元济这才开始害怕，说：“这是个什么样的常侍，竟能够来到此地！”于是吴元济率领亲信登上牙城，抵御官军。
当时，董重质拥有精锐兵马一万多人，占据着洄曲。李愬说：“吴元济盼望的事情，只是董重质前来援救而已！”于是，李愬寻找到董重质的家人，厚加宽慰，让他的儿子董传道带着书信前去规劝董重质。结果董重质单枪匹马前往李愬处投降。
李愬派李进诚攻打牙城，摧毁了牙城的外门，得到了兵甲仓库，取出了武器装备。癸酉（十七日），李进诚再次攻打牙城，火烧其南门，百姓竞相背来柴草帮助官军，射向城上的箭像刺猬毛一样密集。到了申时，城门烧毁了，吴元济在城上请罪，李进诚用梯子将他接下来。甲戌（十八日），李愬用囚车将吴元济送往京城，并向裴度报告。这一天，申、光二州以及各镇军队有两万多人相继前来归降。
吴元济被擒获后，李愬没再杀任何一人。凡是吴元济的官吏及帐下、厨房、马厩的士兵，李愬一概让其复职，使他们没有疑虑。然后，李愬便在鞠球场上驻屯兵马，等候裴度前来。
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董重质离开洄曲军后，李光颜驰入他的营垒，收降了他的全部人马。庚辰（二十四日），裴度派马总先入蔡州抚慰将士。辛巳（二十五日），裴度手执彰义军的符节，带着一万多名投降的士兵进入蔡州城。李愬全副武装，出来迎接，拜于道路左侧。裴度准备避开李愬的大礼，李愬说：“蔡州人愚妄悖逆，不懂得上下的礼节，已经有几十年了。希望您做个示范，让他们知道朝廷的尊严。”裴度于是接受了拜礼。
李愬返回文城栅驻扎。各位将领向他请教道：“起初，您在朗山败了却不忧虑，在吴房胜了却不夺取吴房，冒着狂风暴雨不肯停止行军，孤军深入却不畏惧，最终居然获得成功，这些都是我们所不明白的，敢问其中的原因是什么？”李愬说：“朗山失利，敌人便轻视我们而不加防备。如果夺取了吴房，吴房的叛军就会逃奔蔡州，合力固守，所以我故意将吴房留给叛军，以分散其兵力。急风暴雪，天色昏暗，便无法用烽火取得联系，敌人就不会知道我们已经到来。孤立无援的军队深入敌境，将士便都拼死奋战，战斗力自然倍增。所以说，眺望远处的人不必顾及近处，计虑大事的人不必知悉细事。倘若夸耀小小的胜利，顾惜小小的失败，首先就把自己搅乱了，哪里还有工夫去建立功劳呢！”大家都口服心服。李愬生活节俭，但对将士的赏赐却很丰厚；他知道一个人是贤能的，就不对他疑心；他见到可以实行的事，便能做出决断，这就是他获得成功的原因。
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