緊接著又一個訊息傳來，御史中丞裴度也在長安城的通化坊外遇刺。裴度被刺客砍中三劍，隨從王義捨身掩護被砍斷右手，刺客看到裴度跌入路邊的水溝，以為他死了，於是迅速離去。

刺客竟然在同一時段對兩位朝廷重臣同時發起刺殺。一時間人心惶惶。唐憲宗下令封閉城門實施戒嚴，並出動禁軍護衛其他宰相出入。

畏於唐憲宗的壓力，禁軍和京兆府各路機構開始全力搜捕，但刺客膽大妄為，竟然在長安城中散發紙條，威脅查案人員說： “毋急捕我，我先殺汝！”長安城中，到處瀰漫著恐慌不安的氣氛。

武元衡的曾祖父武載德是武則天的堂兄弟，作為武則天的堂侄重孫，武元衡天資聰穎、才華橫溢，是聞名中唐的著名詩人， 儘管出身貴戚家族，但武元衡剛正不阿，就在被刺殺的前一天，他還在皇宮中和憲宗商討淮西戰事。

當時，平定淮西的戰事已經進行一年多了，但是圍攻淮西的十幾萬中央軍和地方軍卻玩寇自重，希望能得到朝廷的更多賞賜。

原來武元衡遇害前一年，唐憲宗發起了討伐淮西節度使吳元濟的戰爭，這讓成德節度使王承宗、平盧淄青節度使李師道心急如焚。有感於唇亡齒寒，王承宗四處出擊，透過賄賂、恐嚇、威脅等各種手段，試圖迫使唐朝中央放棄削藩戰爭。 與此同時，李師道也秘密派出軍士，燒燬唐朝中央儲存江淮財賦的河陰轉運院，燒掉錢財三十多萬緡，布帛三十多萬匹，穀物三萬多斛，這使征討淮西的唐朝官軍軍心大動；但即使遇到這樣的困難，唐憲宗也不肯放棄征討淮西的戰爭。

卻說裴度重傷昏迷數日，甦醒後的第一句就是： “淮西，心腹之疾，不得不除！” 裴度的話讓唐憲宗終於下定決心： “我用裴度一人，足以平賊！” 隨後將裴度晉升為宰相，接替武元衡一職，繼續主持削藩戰爭。唐憲宗還下詔追捕兇手，並稱誰能捕得兇手，可授五品官，賞錢一萬貫。

隨後，長安城展開全城大搜捕，元和十年六月初七，也就是武元衡遇害後的第四天，有人奏稱，有位名叫張晏的吏卒跟兇手的身影十分相似。唐憲宗立即命人將張晏緝拿下獄拷問，經過審訊，張晏承認自己就是殺害武元衡的兇手。

張晏供稱：成德節度使王承宗擔心淮西平定後“唇亡齒寒”，在多番賄賂武元衡和裴度不成後，最終痛下殺手，指使張晏等人行刺武元衡和裴度。

為了儘快恢復秩序安撫人心，就在武元衡被刺後的第25天，唐憲宗下詔將張晏等人以兇手的名義公開處死。

真相大白，按理唐憲宗應該立即拿下成德鎮，緝捕節度使王承宗。不過為了避免雙線作戰，唐憲宗在裴度和群臣的建議下，放棄了立即征討成德鎮的想法。

卻說平盧淄青節度使李師道，趁著後防空虛，準備進攻東都洛陽，以此瓦解淮西前線官軍的軍心。 就在陰謀即將發動之際，李師道屬下有位士卒因為受到處罰，於是投降官軍，並且供出李師道的這個驚天陰謀，洛陽留守呂元膺隨後緊急平叛，並且捉獲了李師道屬下的兩個軍將。兩人在供認計劃襲擊洛陽的同時，還供出當初刺殺武元衡和裴度，也是李師道指使的。

真兇意外曝光。唐憲宗隱忍不發，因為無論真兇是成德節度使王承宗，還是平盧淄青節度使李師道，在淮西沒有平定之前，朝廷避免多線作戰，只能夠隱忍不發。

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