唐建中四年(783年)十月，涇原將士在京城叛亂(史稱「涇原兵變」或「涇師之變」)，德宗避難奉天(今陝西乾縣)。朱泚僭號稱帝后，李懷光奉旨率軍救駕，在奉天解圍中發揮過重要作用。當朱泚還走長安後，德宗卻聽信宰相盧杞、度支使趙贊、神策軍使白志貞等奸佞的讒言，命懷光乘勝追擊朱泚，收復長安，不許率部到奉天見天子。李懷光屯軍咸陽，一再揭露盧杞等人罪惡，直到把他們貶為遠州司馬，又上疏殺掉德宗信任的宦官翟文秀。但他仍不進軍配合李晟作戰，準備謀反。當初在解奉天之圍後，德宗派人邀請吐蕃出兵幫助官軍收復京城，吐蕃相尚結贊說沒有主兵大臣李懷光署名制書不出兵。德宗派翰林學士陸贄曉諭李懷光，他仍固執不署敕，尚結贊也不進軍。
興元元年二月，德宗加封李懷光太尉，增食實封，兼賜鐵券，派遣神策右兵馬使李升等喻旨。李懷光憤怒地投鐵券於地，說朝廷這樣做是逼他造反。當時，李懷光的部將韓游瑰還在奉天執掌兵權。李懷光寫信約他同謀反唐。韓游瑰卻向朝廷密告此事。第二天，李懷光去信催促，韓游瑰再次密告德宗。過幾天，李懷光又派人同韓游瑰商談，被韓拘捕。李懷光公開宣言：我今與朱泚聯合反唐，車駕應當遠避。
面對關中這兩個反唐對手，唐德宗只得轉到梁州(治南鄭，今陝西漢中市)避難，以躲其鋒。這時，李晟已移軍東渭橋，準備進攻被朱泚佔據的長安城。李懷光再次襲擊鄜坊節度使李建徽、神策行營節度使楊惠元等軍，把咸陽主力移向好畤(今陝西麟游縣武亭川上游)，其部屬往常同官兵鬧磨擦。
朱泚探知李懷光在後方擾亂官軍時，高興得要給李懷光加官進爵。李懷光向岐、邠二州掠奪，二十日後，又掠奪涇陽、三原、富平等地，從同州(治馮翊，今陝西大荔縣)開往河中(治河東，今山西永濟縣西)。李懷光大將孟涉、殷威勇從三原帶數千人投奔李晟。韓游瑰殺李懷光留後張昕，率邠州(治新平，今陝西彬縣)歸順唐廷。戴休顏在奉天宣示軍中：李懷光已反叛朝廷，於是上城拒守。德宗決定授予韓游瑰，戴休顏以節度使職務，下詔數落李懷光罪惡，解除李懷光副元帥、太尉、中書令、河中尹兼朔方諸道節度、觀察等使之職，他所管兵馬委派該軍自舉一名功高望崇者統帥。是年四月，李懷光到達河中後，又攻佔同、絳等州，按兵不動，觀察長安城形勢發展．形成一支與唐廷相對抗的一支軍事勢力。
德宗命待中渾瑊為河中節度副元帥，領兵討伐懷光。渾瑊重新佔領同州(治馮翊，今陝西大荔)後，幾次與李懷光交鋒都為其所敗，不能前進。當時，許多朝臣建議赦懷光罪，德宗不許。又任命河東節度使馬燧為副元帥，與渾瑊及鎮國節度駱元光，邠寧節度韓游瑰、鄜坊節度使唐朝臣等會兵同討懷光。為了分化這支數萬人的河中軍，在官軍頒發冬衣時，朝廷特意指示，朔方及諸軍在懷光所屬的士兵，冬衣及賞錢皆當另外貯放，待道路稍通，及時發放。馬燧率步騎3萬人攻拔絳州(治正平，今山西新絳)，隨後又分兵攻取聞喜、萬泉、虞鄉、永樂、猗氏地，在陶城(今山西永濟西北)斬首萬餘級，與渾瑊軍相會合，兵逼河中李懷光大本營。貞元元年四月，馬燧、渾瑊在長春宮(今山西永濟境)南大破李懷光軍，並掘塹壕圍宮城，懷光部將相繼降唐，朝廷又任命馬燧、渾瑊為招撫使。這時，鄰州(治新平，今陝西彬縣)韓游瑰率兵6000請示渾瑊，共同攻打朝邑(今陝西大荔縣東南朝邑鎮)。李懷光部將閻晏欲出戰，其部下卻因鄰軍是自己的親人，不願白刃相向，閻晏立即引兵退去。李懷光看到眾心不從，便詐稱要歸順唐廷，乘機聚集掠奪的財物，準備車馬，揚言說待道路暢通後向朝廷進貢，這樣延遲近一個月。當時，連年旱蝗災害，官兵的物資糧食匱竭，又有些人建議赦免李懷光。李晟卻陳述五點理由力主平叛到底。他還請求朝廷發兵2萬，自備資糧，獨討懷光。七月初一，馬燧從前線回京建議除惡務盡，撥給官兵一月糧，必定殲敵。得到德宗批准。
八月初二，德宗罷免子一切與打仗無關的費用，全力平叛。馬燧回到前線行營後，當即與諸將商議攻打長春宮，並親自深入宮城下，向守將徐庭光喊話策反，並要求他們堅守不要出擊。初十，馬燧、渾鹼、韓游瑰三支主力近逼河中焦籬堡(位於河中府河西縣西)，守將尉硅率700人投降。這天夜晚，李懷光舉火聯絡，諸營不予響應。馬燧親自到長春宮下招降守將徐庭光。馬燧率諸軍到河西(今陝西合陽東)，河中軍士驚慌，懷光無法控制局勢，自縊身亡。朔方將牛名俊砍斷李懷光首級出城投降。這時河中兵還有1.6萬人，馬燧斬殺了閻晏等七名首要犯，其餘皆不問罪，叛亂被平定。