唐武宗遂征调许州、蔡州、汴州、滑州等六镇兵马，任命刘沔为回纥南面招讨使，张仲武为东面招讨使，李思忠为西南面招讨使，并命三将在太原会师。
当时回纥大肆劫掠，党项、退浑等部落都不敢抵拒，李德裕制定了奇袭乌介可汗、夺回太和公主的策略，并推荐猛将石雄，唐武宗便将方略告诉刘沔。
刘沔命石雄率三千骑兵为先锋，自己率大军继后。石雄在夜晚利用地道奇袭乌介可汗牙帐。乌介可汗身受重伤，仓皇而逃。
刘沔也率大军赶到，在杀胡山大破回纥军。太和公主得以回朝，李德裕也因功进位司徒。
会昌三年昭义节度使刘从谏病逝，其侄刘稹欲效仿河朔三镇，要求袭任节度使，李德裕力主出兵征讨，道泽潞镇深处国家内陆，与河朔三镇情况不同，不能让他们效仿河朔。
刘从谏跋扈难制，多次胁迫朝廷，如今病死，又将兵权交给刘稹，如不讨伐泽潞，朝廷何以号令四方？
如授刘稹为节度使，各藩镇必效仿其所为，从此天子威令何在，他又道刘稹依仗的无非是河朔三镇，只要魏博、成德不出兵相助，必能平定刘稹。
陛下可遣使告诉二镇，让他们出兵攻取山东三州，唐武宗赞同。成德节度使王元逵、魏博节度使何弘敬果然奉诏出兵。
此前商议出兵征讨泽潞时，朝臣都上表劝谏，请朝廷同意刘稹袭任节度使，宰相之中也有认为不宜出兵的。
李德裕道如果师出无功，一切罪责由我一人承担，何弘敬、王元逵出兵后，李德裕又奏道贞元、太和年间，朝廷伐叛。
各藩镇出兵方才离开边境，军饷便由国家负担，藩帅便因此逗留不进，有的甚至与叛军密谋，夺取一县或一栅寨，便以为大捷。
陛下可晓谕何弘敬、王元逵，只让他们收取州郡，不要攻打县邑，唐武宗采纳了他的建议，当时晋绛行营节度使李彦佐行动迟缓，并请求朝廷增援。
李德裕上奏武宗，认为李彦佐顾望不前，没有讨叛之意，并建议由石雄取代李彦佐。
王元逵进击尧山，击败叛军援兵，李德裕则立即奏请武宗，加授王元逵同平章事，以激励众将，后来昭义大将李丕投降官军，很多人都认为李丕是在诈降。
李德裕道用兵已有半年，一直无人来降，现在李丕来降，不管是真是假，都必须给予优厚的赏赐，以鼓励再来投降的将士，只是不能把他安排到重要的地方。
同年十二月，河东横水戍卒发生哗变，攻占太原，驱逐节度使李石，并推都将杨弁为首。
唐武宗见刘稹尚未平定，河东又发生动乱，忧虑不已，便命中使马元贯到太原观察虚实，马元贯却接受杨弁的贿赂。
会昌四年正月，马元贯回朝，称杨弁兵多将广，物资充足，却被李德裕诘问得哑口无言，李德裕奏道杨弁小贼，绝对不能宽恕，如朝廷两处用兵，国力不支，那么宁可先放过刘稹。
他请武宗下诏，命王逢与王元逵分道进兵，会于太原，河东监军吕义忠得知，当日便率榆社戍军，诛杀杨弁，平定叛乱。
同年闰七月，李德裕听取降将高文端的建议，筑夹城围困潞州，断绝固镇寨水道，并招降洺州守将王钊。
八月唐军先后收复邢州、磁州，昭义军将领郭谊、王协遂杀死刘稹，投降唐军以赎罪。
李德裕对武宗道刘稹稚子，年幼无知，昭义军之所以敢对抗朝廷，郭谊等人才是罪魁祸首，现在势穷力孤，又杀死刘稹，以图赏赐。
这种人若不诛除，何以惩治恶人，武宗赞同，命石雄进入潞州，将郭谊、王协等人械送京城。
唐武宗继位后，破回纥，平泽潞，用兵五年。期间筹谋决策，选用将帅，征调兵力，起草诏令，指挥调度，全都由李德裕独自决断，其他宰相并无参与。
泽潞之乱平定后，李德裕因功兼任太尉，进封卫国公，食邑三千户，会昌六年唐武宗病逝，由李德裕摄冢宰。
宦官拥立皇太叔李忱为帝，是为唐宣宗，唐宣宗素来厌恶李德裕，亲政次日便免去李德裕的宰相之职，将他外放为荆南节度使，加授检校司徒、同平章事。
李德裕执政多年，位重功高，时人闻其罢相，无不惊骇，同年九月，李德裕又被免去同平章事的职衔，贬为东都留守、东畿汝都防御使。
大中元年宰相白敏中、崔铉指使党羽李咸，检举李德裕辅政时的过失，李德裕因此被贬为太子少保，分司东都事务。
后来，白敏中又指使前永宁县尉吴汝纳进京诉冤，称李绅诬奏其弟吴湘赃罪，李德裕枉法附会李绅，致使吴湘冤死。唐宣宗命复审此案，李德裕再贬潮州司马。
大中二年李德裕从洛阳由水路南行，赶赴潮州。当他到达潮阳后，又贬崖州司户参军，次年李德裕在崖州病逝，终年六十三岁。
咸通元年右拾遗刘邺上奏唐懿宗，称赞李德裕辅政时的功勋，请求对他加以追赠，唐懿宗遂恢复李德裕太子少保、卫国公的官爵，并追赠他为尚书左仆射。
牛李党争是中唐时期牛党、李党两派士大夫进行的朋党之争，两派官员互相倾轧，争吵不休，从宪宗时期开始，到宣宗时期才结束，前后将近四十年。
《剑桥中国隋唐史》认为，牛党领袖是牛僧孺、李宗闵和李逢吉，而李党的领袖则是李德裕、裴度和李绅。
唐宪宗年间，举人牛僧孺、李宗闵在科考时批评朝政，考官认为二人符合选择条件，便把他们推荐给宪宗。
宰相李吉甫得知，认为牛李二人揭露他的短处，便在宪宗面前哭诉，称二人与考官有私人关系，宪宗遂将考官降职，牛李二人也未得到提拔。
不料朝野哗然，争相为牛僧孺等人叫屈，谴责李吉甫嫉贤妒能，宪宗只得将李吉甫贬为淮南节度使，另任宰相。
朝臣从此分为两个对立派，这就是牛李党争的开端，但当时李德裕、牛僧孺尚未进入朝廷供职，所以派系斗争色彩尚不浓厚。