兴元元年（784年）五月，李晟、骆元光、尚可孤率领唐军收复长安。次月，朱泚叛军被平。而李怀光也遣使至梁州谢罪。唐德宗遂派遣孔巢父等宣慰河中，而李怀光却默许士兵将孔巢父等杀害，再次兴兵叛乱，沿河拒唐军于河西。唐德宗遂任命侍中浑瑊为河中节度副元帅，率兵讨伐李怀光。 浑碱率兵攻破同州后，被李怀光部阻挡在长春宫（今陕西大荔县朝邑镇），迟迟没有进展。当时京师刚刚收复，财政经费不足，又频频发生天灾，朝臣纷纷劝说唐德宗罢兵并赦免李怀光。不久后，河中节度使马燧说降了李怀光设置在晋、慈、隰三州的守将，唐德宗又调邠宁节度使韩游瑰、镇国节度使（治所华州，今渭南市华州区）骆元光、河中节度使浑碱、鄜坊节度使唐朝臣合兵讨伐李怀光。当年九月，马燧率兵三万攻下了绛州（今山西运城市新绛县），又分兵收复夏县（今山西夏县）、稷山（山西运城稷山县）、龙门（今山西省河津市境内）。 十月，唐军又在沙苑（今大荔县南）大败叛军。之后，马燧与浑碱从河东进兵降服了李怀光的骁将尉理、徐庭光后，统兵包围河中。 贞元元年（785年）秋，李怀光被朔方军将领牛名俊杀死，首级被进献给马燧，终年五十七岁。唐德宗念及他立下功劳，下诏将李怀光的一子作为继承人，赐其庄园、宅院，送还李怀光的尸体和头，让其安葬。此前，李怀光的儿子李璀先杀弟弟李瑗等，然后自杀，家中只余下妻子王氏。唐德宗赦免了王氏死罪，将其流放到澧州（今湖南常德澧县）。贞元五年（789年），唐德宗念及李怀光旧功，发还王氏，将李怀光外孙燕八八任命为左卫率府胄曹参军，赐其姓李，改名承绪，作为李怀光继承人，奉养王氏。
