李德裕当上宰相后，除了辅佐唐武宗收拾了仇士良之外，还有就是收拾嚣张的藩镇。
公元841年九月，卢龙军动乱，陈行泰杀节度使史元忠，自主留后，遣监军傔以军中大将名义上表朝廷求节钺。
李德裕忙对唐武宗说：“河朔事势，臣所熟谙。如果朝廷遣使赐诏太快的话，军情很快就稳定下来。如果放下几个月不管，必定会内部生变。如今请留监军傔，不要派遣其他使者去观看。”
唐武宗听了，按照李德裕所说的做。
果然，不出李德裕所料，军中很快杀了陈行泰，立张绛，再求节钺，朝廷仍然故意拖延。
后雄武军使张仲武请发兵进击张绛，唐武宗恩准，遂以张仲武知卢龙留后。
李德裕采取了正确的策略，使得不战而平定了卢龙军乱。
平定了卢龙军乱不久，又发生了昭义镇对抗朝廷的事件。
公元843年四月，昭义节度使刘从谏病死，其侄刘稹欲仿效河朔三镇惯例，要求袭任节度使职务。
此时，反击回鹘侵扰的战事刚刚结束，唐武宗与宰相讨论此事时，宰相多认为回鹘余烬未尽，边境还要加强警备，再讨伐泽、潞，恐怕国力难以支持，主张同意刘稹的请求。
李德裕则力排众议，坚决主张讨伐。
他说：“泽潞事体与河朔三镇不同。河朔习乱已久，人心难化，是故累朝以来，置之度外。泽潞近处心腹，一军素称忠义，尝破走朱滔，擒卢从史。”他还进一步分析说：“从谏跋扈难制，累上表迫胁朝廷，今垂死之际，复以兵权擅付竖子。朝廷若又因而授之，则四方诸镇谁不思效其所为，天子威令不复行矣”
他还向唐武宗分析当时的军事形势，胸有成竹地说：“稹所恃者河朔三镇。但得镇、魏不与之同，则稹无能为也。苟两镇听命，不从旁沮桡官军，则稹必成擒矣”
唐武宗听了，高兴地说：“吾与德裕同之，保无后悔。”于是，决定对昭义镇用兵。
李德裕奉命起草诏书，谕令成德节度使王元逵、魏博节度使何弘敬要为朝廷立功，为后代造福，并派李回前去传旨。
李回抵达河朔地区后，何弘敬、王元逵、张仲武都佩带到城外迎接，立在道路的左边，恭恭敬敬地等候李回。
李回到达后，他们让李回走在前面，自己跟在后面，也不敢让人为自己牵马。
自从安史之乱以来，河朔地区的藩镇还没有对朝廷的使者如此恭敬过。
李回既能明辨是非，而且很有胆量，三个藩镇节度使都表示服从朝廷诏令。
唐武宗接着便命王元逵为泽潞北面招讨使，何弘敬为南面招讨使，与河阳节度使王茂元、河东节度使刘沔、河中节度使陈夷行合力讨伐，并决定于七月中旬，各道兵马一齐进发。
李德裕总结了贞元、太和年间朝廷伐叛的经验教训，一是各藩镇出兵才离开边境，军饷便由国家负担，则藩帅迁延不再进军；或是取得一县或一栅寨，都以为胜捷，也逗留不前，因此多是出兵无功。
这次刚一进兵，李德裕即奏请武宗，命王元逵径取邢州，何弘敬直取鄜州，王茂元取泽州，李彦佐、刘沔取潞州，不攻取县邑。
因此，各路兵马似尖刀一样，直插入叛镇的心脏地区。
二是监军干预军政，束缚了将帅的手脚，指挥不力。
李德裕又和枢密使杨钦义、刘行深商定，监军不得干预军事，只取少数兵自卫，赏罚与将帅一视同仁。
这样一来，“号令既简，将帅得以施其谋略，故所向有功”。
魏博节度使何弘敬出兵迟缓，唐武宗诏命忠武军王茂元向魏博方向移动，何弘敬大惊，怕引起内部军变，仓皇出师与刘稹开战。
李德裕运筹帷幄，指挥若定。
他随时注意前线作战的进展情况，善于抓住薄弱环节，及时正确地处理一些军务。当他发现晋绛行营节度使李彦佐从徐州出发以后，行动迟缓，尚未交战，便立即上奏唐武宗，认为李彦佐顾望不前，没有讨叛的意思，及时改派骁将石雄取代他。
石雄代替李彦佐后第二天，即进击乌岭，连破五寨，俘杀叛军数以千计。
王元逵进击尧山，又击败了刘稹的救兵，立了战功，李德裕则立即奏请唐武宗，加授元逵同平章事，大力表彰他的功劳，以激励他将。
八月，昭义大将李丕前来投降官军，当时有人怀疑他是诈降，李德裕对唐武宗说：“自用兵半年，未有降者，今安问诚之与诈且须厚赏以劝将来，但不要置之要地耳。”
这一做法，有利于分化瓦解叛军。
九月，叛将薛茂卿攻破科斗寨，俘虏官军河阳大将马继等，劫掠并焚烧了十七个小寨。当时，人情汹汹，还有人扬言刘从谏在世时，蓄养了精兵十万，粮草足用十年，难以攻取，唐武宗也有些动摇。
李德裕则坚定不移地说：“小小进退，兵家之常。愿陛下勿听外议，则成功必矣”
唐武宗听后，当即对宰相们说：“为我语朝士，有上疏沮议者，我必于贼境上斩之”于是朝官们遂安定下来。
李德裕感到河阳兵力较弱，一旦被叛军击溃，将影响整个战局。他奏请武宗，马上从忠武军调拨五千人，增援河阳军，并请求武宗赐甲一千副，弓三千张，弦箭三万支，陌刀二千口，绢三万匹，及时补足了军事装备，很快稳住了阵脚。
正当官军大举讨伐昭义镇时，十二月，在调动太原横水戍卒时，因赏赐不足，军士哗变，他们推都将杨弁为首，攻占了太原。
这时，朝廷中又掀起了一场轩然大波，有人建议两地都要停止进兵。
公元844年正月，被唐武宗派往太原以观察虚实的中使马元实，接受了杨弁的贿赂，回朝危言耸听，大肆为杨弁虚张声势，说杨弁兵多将广，列队长达十五里，盔甲刀戈，耀眼夺目，且物资充足，扬言不可讨伐。
李德裕明察善断，当场诘问得马元实张口结舌，无言以对。
李德裕上奏唐武宗说：“杨弁微贱，决不可恕。如国力不及，宁舍刘稹。”即时请下诏，调兵进击杨弁，河东监军吕义忠召榆社本道兵，榆社戍兵，闻朝廷令客军取太原，恐妻孥亦遭屠戮，乃情愿还兵平乱。可巧吕义忠奔至行营，遂拥回太原，攻入军府，立将杨弁擒住，所有乱卒，悉数诛夷。
杨弁被槛送京师，当即处斩。
杨弁的兵变失败了，从而也坚定了百官对讨伐昭义镇的信心。
在讨伐昭义镇的过程中，李德裕还善于听从部下的正确建议。
其年闰七月，李德裕听取了镇州奏事官高迪的意见，曾有效地对付了叛军的“偷兵术”，并令镇、魏兵“进营据其要害”；他还听取了刘稹心腹、降将高文端的合围泽州、断绝固镇寨水道和招降鄜州守将王钊的建议，都取得了成功。
李德裕排除了一个又一个的障碍，加快了讨叛战争的进度。
八月，邢、洺、磁三州先后投降。
刘稹的部将郭谊、王协见势不妙，遂谋杀了刘稹，投降唐军以赎罪。
李德裕识破了郭谊等人的策略，认为刘稹年幼无知，昭义镇之所以敢对抗朝廷，郭谊等人是罪魁祸首，如果不加治罪，怎能惩治恶人唐武宗赞同他意见，命石雄进入潞州，将正在等待朝廷授予节钺的郭谊、王协等祸首，械送京城。
至此，昭义之乱平定。
这也是唐王朝干涉地方藩镇割据的最后一次胜利，这一次胜利，提高唐中央朝廷权威和增强对地方藩镇的控制力，使得各路割据藩镇重新遵守朝命,唐朝在形式上获得了统一。