声下令：“今日大雪封山，吴元济必不设防，以为我军不敢出动，我等趁夜奇袭蔡州，一战擒贼，建功立业就在今日，敢退后者斩，敢泄军情者斩！”
诸将久受李愬恩抚，皆愿效死，齐声应诺，士气高涨。李愬亲率九千精兵，分前、中、后三军，人衔枚，马勒口，冒雪夜行，一路封锁消息，遇路人便擒住随军，不许走漏半分风声。夜半行至张柴村，淮西守军因大雪酣睡，毫无防备，官军一拥而入，全歼守卒，抢占村寨，稍作休整，令士卒饱食一顿，留五百兵力守寨，阻断外援，自己亲率主力八千余人，继续冒雪直奔蔡州。
是夜大雪更深，寒风如刀割面，士卒手足冻裂，皆咬牙前行，夜半三更，官军顶风冒雪抵达蔡州城下，城中守军因酷寒大雪，尽数酣睡，刁斗不鸣，全然不觉。李愬令士卒以钩梯登城，悄无声息斩杀守门士卒，打开城门，大军鱼贯而入，又攻破内城，一路不发一箭，不喊一声，直至鸡鸣雪停，官军已占据蔡州外城，旌旗遍布，直逼吴元济居住的牙城。
吴元济在节度使府中酣睡，忽闻门外杀声震天，左右亲兵慌忙披衣入报，叩首急呼：“节度使，大事不好，官军已入城，杀到牙城之下了！”
吴元济披衣而起，睡眼惺忪，不以为意，大笑道：“何处狂言！定是俘囚作乱，或是戍卒夜噪，天明我便将其尽数诛杀，何须惊慌！”
言罢，仍欲卧倒，亲兵再拜苦劝，吴元济方才半信半疑，登牙城城楼一望，只见官军旌旗遍野，甲仗鲜明，喊杀震地，城池四面皆被围住，无路可逃，方才大惊失色，面如土色，手足发抖，急率亲兵登城顽抗，命士卒放箭投石，死守牙城不出。
李愬见吴元济负隅顽抗，令将士四面猛攻牙城，又派人入城劝降吴元济麾下守将，晓以朝廷恩德，言明胁从不问，归降者重赏。守将多系被吴元济逼迫，本无战心，见官军势大，纷纷开营投降，吴元济外援尽断。李愬又令士卒收集柴草，堆积牙城南门之下，纵火焚烧，蔡州百姓久受吴元济苛政，见官军到来，纷纷抱柴相助，火势冲天，南门顷刻崩塌。
吴元济困守牙城，外无救兵，内无粮草，士卒溃散，亲随尽逃，自知大势已去，回天乏术，只得身着囚服，自缚双手，下楼束手就擒。
李愬将吴元济押入囚车，严加看管，秋毫无犯，安抚蔡州百姓，又遣使飞马传捷报，星夜驰往长安。宪宗在宫中接到捷报，览表大喜，喜极而泣，对左右百官道：“裴度、李愬真乃朕之良臣，淮西三十年割据，今日一朝平定，武相公有知，亦可
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