裴度离开京城后，淮西行营大将李光颜、乌重胤对监军梁守谦说:"如果等裴度到来并建立了军功，就会对我们不利。当迅疾出战，先行立功！"当下不等裴度到，在八月六日，率军出战，可惜，求功心切，败于贾店。
同月二十七日，裴度到达郾城，没有责怪李光颜他们，而是立即巡抚诸军，宣达圣旨，顿使士气倍增。
这时，诸道兵都有宦官监阵，致使"进退不由主将，战胜则先使献捷，偶创则凌挫百端"。
裴度又罢中使监军，归兵权于将帅，颇得军心。
由于裴度军法严肃，号令划一，因此捷报连传。
裴度派使者入蔡州劝降，吴元济拒降。
十月十一日，李愬雪夜袭破悬瓠城，擒获吴元济。
裴度先派宣慰副使马总入城安抚。
次日，裴度执持彰义军使符节，带领洄曲投降的士卒万人，相继进往，李愬身着戎装以军礼迎接裴度，在路旁拜见。
裴度处置政务后，蔡州人极其高兴。
吴元济时法令:路途上不许相对密谈;夜晚不得燃点火烛;有以酒食相交往的人，按军法-论处。
裴度却减省刑法:除盗贼斗杀外，其余旧法一概取消，相互往来，不再以白天、夜晚作为限制。
他这样一下令，使得归降朝廷的蔡州人才知道人生原来是这么欢乐的！
裴度收复蔡州后，还任用蔡州士卒为署府卫兵。
有人认为反叛地区刚刚归顺的人，他们尚未安心，不可自己让他们成为卫兵。
裴度笑着回答说:"我受朝廷任命做彰义军节度使，叛逆元凶已经被擒，蔡州黎民就是本朝的黎民了。"
蔡州父老听说后，无不感激涕零。
申、光二州的百姓，也平稳安定下来。
十一月，唐宪宗下令斩杀吴元济。
至此，淮西战事终告结束。
二十八日，裴度由蔡州入朝，留马总任彰义军留后。
裴度刚入蔡州时，有人诬陷裴度私自没收吴元济家的妇人珍宝，唐宪宗听说后颇为怀疑他。
这时，唐宪宗想将吴元济的旧将全部诛杀，加授梁守谦两支宝剑，派他前往蔡州执行。
裴度回朝至郾城时遇见梁守谦，便又与他返回蔡州，按罪行轻重对吴元济的旧将施以刑罚，并未完全按宪宗诏令行事。
梁守谦一再以诏令制止裴度，裴度先以奏疏陈述，之后直接回朝当面陈述。
这事，可见裴度的仁慈之心，对生命的敬畏，连皇帝的命令，他也要阻止，为的，就是不能滥杀生命！
成德节度使王承宗见蔡州被收复，怕做第二个吴元济，心中十分恐惧，不知道该降还是该战。
裴度接受韩愈的建议，派善辩的柏耆携信至镇州晓喻王承宗。
王承宗摄于裴度兵威，又被他仁义感动，当下上表献上德、棣二州，顺服于朝廷。
元和十三年，公元818年二月，唐宪宗为嘉奖裴度，下诏加其为金紫光禄大夫，封晋国公，食邑三千户，复知政事，加授其子及侄女婿等官职。同时，诏令刑部侍郎韩愈撰《平淮西碑》，以示纪念 。