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。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。
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，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。
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。又被免去同平章事的职衔，贬为东都留守、东畿汝都防御使。
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，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。
李德裕在崖州病逝，终年六十三岁，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。
李德裕与唐武宗的君臣相知，被誉为晚唐绝唱，历朝历代对其评价甚高，李商隐在为《会昌一品集》作序时，誉之为“万古良相”。近代梁启超将他与管仲、商鞅、诸葛亮、王安石、张居正并列，称他是中国六大政治家之一。
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