数日，怀光又使趣游瑰，为门者所捕。怀光且宣言曰：“吾今与朱泚连和，车驾当须引避。”由是上遽幸梁州。时李晟已移军东渭桥，怀光复劫李建徽、杨惠元等军，移于好畤，其下颇多携贰。先是朱泚甚畏之，至是因欲臣之。怀光虏劫无所得，益疑惧不自安，居二旬，乃驱兵分为部队，掠泾阳、三原、富平，自同州往河中。神策将孟涉、段威勇自三原拥兵三千余人奔归李晟，怀光不能遏。韩游瑰杀怀光留后张昕，以邠州从顺。戴休颜自奉天令于军曰：“怀光已反。”乃令城守驰表以闻。上于是授游瑰、休颜节度使。乃除怀光太子太保，罢其余官，其所管委本军择一人功高望崇者统之，皆不奉诏。四月，怀光至河中，遂偷有同、绛等州，按兵观望。
李晟既收复京师，上遣给事中孔巢父、中使啖守盈持诏征之，怀光素服受命。
巢父乃宣言于众：“太尉军中谁可领军事者？”怀光左右皆胡虏，因发怒，乱持兵杀巢父及守盈，自是缮兵益修守拒。上还京师，以侍中浑瑊为河中节度副元帅，将兵讨怀光。瑊复破同州，屯军不进，数为怀光所败。时仍岁旱蝗，京师初复，经费不给，言事者多请赦怀光。时河东、节度使马燧威名素著，乃加燧副元帅，与瑊及镇国军节度骆元光、邠宁节度韩游瑰、鄜坊节度唐朝臣会兵同讨怀光。燧率军拔绛州，至宝鼎，虑怀光西走，唐突京邑，乃舍军朝京师。既还，与瑊先自河东而降其骁将尉珪、徐庭光，统诸军以围河中。贞元元年秋，朔方部将牛名俊斩怀光首以降燧瑊隹刃其弟数人，乃自杀。怀光死时年五十七。寻诏以男一人为嗣，赐庄宅各一所，仍还怀光尸首，任其收葬，妻子并徙澧州。五年，又诏曰：
怀旧念功，仁之大也；兴灭继绝，义之弘也。昔蔡叔圮族，周公封其子于东土；韩信干纪，汉后爵其孥以弓高。侯君集之不率景化，我太宗存其胤以主祀。
详考先王之道，洎乎烈祖之训，皆以刑佐德，俾人向方，则斧钺之诛，甲兵之伐，盖不得已而用也。曩岁盗臣窃发，国步多虞，朕狩于近郊，指期薄伐，将振昆阳之旅，以兴涿鹿之功，征师未达于诸侯，卫士且疲于七萃。而李怀光三军夙驾，千里勤王，上假雷霆之威，下逐虎狼之众。议功方始，守节靡终，潜构祸胎，拒违朝命，弃同即异，舍顺效逆。为臣至此，在法必诛，犹示绥怀，庶其牵复。而枭音益厉，犭希突莫迁，大戮所加，曾无噍类。虽自贻伊戚，与众弃之，而言念尔劳，何嗟及矣！以其前效犹在，孤魂无归，怀之怳然，是用忄妻轸。予欲布陈大惠，冀以化成，保合太和，期于刑措。宜以怀光外孙燕八八赐姓李氏，名承绪，授左卫率府胄曹参军，承怀光之后。仍赐钱一千贯，任于怀光墓侧置立庄园，侍养怀光妻王氏，并备四时享奠之礼。呜呼！朕实不德，临于兆人，泣辜宥罪，素诚所志。尔其保姓受氏，宣力承家，勉绍乃考之建国庸，无若尔父之违王命。