李晟收复京城后，唐德宗皇帝派给事中孔巢父、宦官啖守盈带诏书调他进京，李怀光穿白色服装接受命令。孔巢父就对众人大声说：“李怀光军中谁能掌管军中事务？”李怀光的侍从都是胡人，因此发怒了，乱挥兵器杀死了孔巢父和啖守盈，从此整理军备增加防御设施。皇帝回到了京城，任命浑瑊为河中节度副元帅，率兵讨伐李怀光。浑瑊攻占了同州，就驻守不进攻了，几次被李怀光打败。当时连年旱、蝗灾，京城刚收复，军需供应不上，上奏的人多请求赦免李怀光。
当时，河东节度使马燧威望名声一直很高，拜为副元帅，和浑瑊及镇国军节度骆元光、邠宁节度韩游瑰、鄜坊节度唐朝臣合兵一起讨伐李怀光。马燧率兵攻占绛州，进军至宝鼎，怕李怀光西窜，侵犯京城，就离开军队进京朝拜。归来后，和浑瑊先从河东召降了李怀光的勇将尉珪、徐庭光，统率各军包围了河中。
朔方军将领牛名俊割下李怀光的头投降马燧，李怀光死时享年五十七岁。不久，唐德宗皇帝下诏立他的一个儿子做继承人，赐给他庄园住宅各一处，又送还李怀光的尸体和头，让他收拾安葬，把李怀光的妻子流放到澧州。又下诏书说：“怀念故人的功劳，是重要的仁德；兴复灭绝的家族，是重要的义举。过去蔡叔家族衰败，周公把他的儿子封为东方诸侯；韩王信反叛，汉文帝把他的儿子封为弓高侯。侯君集不遵王法，太宗皇帝保留他的后代主持祭祀。详细考查先王的做法，以至祖先的教诲，都是用刑法来辅佐仁德，使人守法。用斧钺施刑、甲兵征讨，是不得已才做的事。前几年叛贼突然叛乱，国家前途堪忧，我移居京郊，约期讨伐，要调动讨逆大军，讨平叛逆，征调军队的命令没传达到各军，卫兵正遭精锐敌军进攻，情况危急。李怀光率军先发，从千里外来救援，上顺天意，赶走了暴虐的叛军。我正要论功行赏，可惜他不终守臣节，暗萌叛意，违背我的命令，背叛国家与叛逆勾结，放弃忠君选择叛逆。做臣下到这地步，按国法定要杀头，我还招抚他，希望他回心转意，但他叛行愈显，一意孤行，大兵讨伐，竟至灭门。虽然他咎由自取、自绝于国家和人民，但怀念他有功劳，却成为孤鬼无人祭祀，想起来心里不安，因此感到难过。我想大发慈悲，用这改变风气。保持太平，希望无人违法。应将李怀光外孙燕八八赐姓李，改名承绪，任命为左卫率府胄曹参军，成为李怀光继承人。还赐钱一千贯，让他任意在李怀光墓边购地建庄园，侍奉赡养李怀光的妻子王氏，并谨守四季祭祀礼节。啊！我虽不够仁德，却要管理万民，原谅别人的过失，是我的愿望。你应继承家业，尽力持家，努力继续像你父亲那样为国立功，不要像他那样违背命令。”
当初，李怀光被杀，他的儿子李琟、李瑗等人都死了，只有他的妻子王氏还在，因此皇帝特地免她一死，到这时又怀念李怀光旧日的功劳，对他没有后人感到难受，就命令李承绪继承他。
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