使朱瑄遭到了汴軍的攻打，他急忙派遣使者前來向武皇請求支援。武皇見狀，立即派遣騎將安福順、安福應、安福遷三人率領五百精銳騎兵，借道魏州前去支援朱瑄。然而，九月時，潞州節度使康君立卻不幸被毒死，這一事件再次讓武皇感受到了內部的動盪與不安。
到了十月，武皇決定從晉陽出發，親自率領大軍討伐幽州。原來，李匡儔奪取了他兄長的職位後，燕地很多人對此表示強烈的不滿。安塞軍的戍將劉仁恭看到了這一機會，他帶著全族歸附了武皇，並得到了武皇的優待。劉仁恭多次向武皇的親信蓋寓進獻計策，詳細闡述了幽州可以被攻取的情況，並表示自己願意率領一萬兵馬，在約定的時間內平定幽州。當時武皇正在邢州討伐李存孝，於是分兵數千給劉仁恭，但由於種種原因，這次行動並未取得預期的效果，劉仁恭只得率兵返回。李匡儔因此變得驕傲懈怠，多次侵犯唐軍的邊境地區。武皇對此大為震怒，決定親自率軍討伐李匡儔。
就在這時，雲州的吐渾赫連鐸和白義誠也前來歸附武皇。武皇為了展示他的威嚴和公正，命令對兩人進行鞭打後釋放。這一舉動不僅震懾了其他可能的叛亂者，也進一步鞏固了武皇在軍中的威望。
十一月，武皇率軍進攻武州。甲寅日這一天，他們又向新州發起了猛烈的攻勢。十二月時，李匡儔見勢不妙，急忙命令大將率領步騎兵六萬人前來救援新州。武皇則挑選出精銳的甲士迎戰燕軍。經過一番激戰，燕軍大敗，被斬首一萬多人，生擒將領一百餘人。武皇為了展示他的勝利果實，在新州城下拖著繩索展示這些俘虜。當天夜裡，新州守軍見大勢已去，不得不選擇投降。
辛亥日這一天，武皇又率軍進攻媯州。壬子日時，燕軍又在居庸關集結起來抵抗唐軍的進攻。武皇則命令精銳騎兵前去疲憊他們，同時命令步兵將領李存審從其他道路發起攻擊。從中午到傍晚時分，燕軍再次戰敗。甲寅日這一天，李匡儔見已經無法挽回敗局，只好帶著全族棄城逃遁，前往滄州避難。他們隨行的有大量的輜重車、僕人、歌妓等，場面極為狼狽。然而，滄州的守將盧彥威卻貪圖他們的財物，在景城對李匡儔發起了攻擊並殺了他，掠奪了他的部下和財物。
丙辰日這一天，武皇率軍進軍幽州城下。守城的大將見李匡儔已經敗亡，知道無法再抵抗下去，於是請求投降。武皇見狀大喜過望，立即命令李存審和劉仁恭進城安撫百姓。在兩人的努力下，百姓的生活很快恢復了正常秩序，市集也重新開張營業。同時，他們還封存了府庫以迎接武皇的到來。至此，武皇的這次討伐行動取得了圓滿的成功。