建中四年（783年）十月，泾原节度使姚令言率援军平叛，途经京师时士兵哗变，拥立原朱滔之兄、原卢龙节度使（治幽州，今北京）朱泚为帝。唐德宗出逃奉天（今陕西咸阳市乾县），朱泚遂率军围困奉天，李怀光奉诏回援。得知李怀光率军来援，被围困城中已久的唐德宗大喜，令人在城门奏乐，人心才得以安定。十一月，李怀光西屯蒲城（今陕西渭南市蒲城县 ），引兵经泾阳（今咸阳市泾阳县）至奉天，在潭泉（今咸阳市礼泉县 ）大败叛军。李怀光又在鲁店（今陕西乾县东南）打败朱泚，迫使朱泚退守长安（今陕西西安）。 李怀光认为，正因宰相卢杞及其党羽赵赞、白志贞重敛赋税、苛扣军粮，才使得诸军起叛、天下大乱，在平乱路上他曾向左右表示，待自己见了唐德宗，就请求他杀了这些奸臣。卢杞等得知后，很是害怕，于是劝说唐德宗命李怀光乘胜追击朱泚，收复京城，以阻止他率兵抵达奉天。唐德宗遂令李怀光在咸阳（今陕西咸阳）驻军。此后，李怀光多次上表揭露卢杞等人的罪状，唐德宗不得不将卢杞、赵赞、白志贞贬职，以安抚李怀光。接着，李怀光又弹劾唐德宗近宦、曾任其监军的翟文秀，唐德宗只好又下令诛杀翟文秀。此外，唐德宗还应李怀光的请求，让驻军于东渭桥（在今陕西西安东北）的李晟移兵陈涛斜（今陕西咸阳东），接受李怀光辖制。
