这让负责抓捕的衙役捕快以及禁军士兵大为震惊，他们从未遇到过如此嚣张跋扈的歹徒，一时之间人人自危，导致追捕行动效率大打折扣，进展颇为缓慢。
诗人白居易恰巧亲身经历了那惊心动魄的一幕，他在上朝途中亲眼目睹了武元衡遇刺的悲惨情景。武元衡与他不仅曾诗词唱酬，共享文坛之美誉，还一同倾慕当时才女诗人薛涛，两人既是政坛同僚，又是文学上的朋友，私下里还有那么一层微妙的情敌关系。深受触动的白居易，胸中激荡着正义的怒火，旋即向唐宪宗递交了一份紧急奏折，恳请朝廷速速捉拿凶手，以慰武元衡在天之灵。然而，白居易的仗义执言并未得到其他高位宰辅的认可，他们以白居易身为“太子左赞善大夫”的闲职，指责其“越职言事”。于是，他们联名上奏请求宪宗罢免白居易的职位。正值焦虑不安的宪宗皇帝无意纠缠于文人间的纷争，便找个理由将白居易贬谪至江州。
数日之后，左神策将军王士则与左威卫将军王士平调动兵马，突袭了成德节度使王承宗在京都长安设立的进奏院，逮捕了包括成德军兵士张晏在内的十八名嫌疑犯，声称他们是奉王承宗之命刺杀武元衡。宪宗闻讯，即刻下令拘捕张晏等人，并指令京兆尹裴武与监察御史陈中师等彻查此案。陈中师等人对张晏等严刑拷问，十八人均被迫认罪，声称他们就是杀害武元衡的凶手。然而，刑部尚书、同平章事张弘靖心生疑窦，觉得供词疑点重重，于是多次向宪宗谏言，请求进一步核实调查。
此刻，唐宪宗已无暇细究案情，为了朝廷尊严和安定民心，在六月二十八日下达了残酷的命令，将张晏等五人斩首示众，并处决了其同党十四人。朝廷同时宣布与成德节度使王承宗断交，暂时搁置对他的征讨。
但实际上，真凶仍未落网，王承宗坚称自己与此案无关。
进入八月，东都洛阳发生了一场风波，唐军成功抓获了淄青节度使李师道麾下的訾嘉珍、门察以及一位名叫嵩山圆静的谋士。圆静和尚已年逾八十，曾是安史之乱叛军的一员悍将，勇猛异常。被捕时，唐军大力士试图打断他的腿骨，却未能如愿。老和尚圆静讥讽道：“你们这群废物，连老头子的腿都打不断，算什么勇士！”随后他自行折断腿骨，临死前哀叹：“唉，没能看到洛阳城血流成河，真是遗憾！”
这位老迈而凶悍的和尚，作为安史之乱遗留下来的顽固分子，对唐朝怀有刻骨的仇恨。被捕的李师道部下訾嘉珍、门察等，一听姓名就知道他们多半来自胡族。经过对这群凶残至极、对唐朝廷恨之入骨的囚犯反复审讯，朝廷最终查明，正是訾嘉珍和门察暗杀了武元衡，背后的主使者则是具有高丽血统的淄青节度使李师道。在武元衡和裴度强烈支持讨伐淮西之际，李师道的幕僚们认为：“皇上一心想要征讨蔡州，就是因为有武元衡的支持。如果我们能秘密除去武元衡，其他宰相便不敢再推动讨伐蔡州，转而会劝说皇上停止军事行动。”于是，李师道便策划了刺杀武元衡和其他主战派大臣的行动，意图挽救蔡州的困境。
当时被捕的洛阳一伙人，不过是参与刺杀行动的一部分成员，更多的刺客已经逃回了淄青节度使李师道的地盘。而在长安被错抓的王承宗部下士兵，他们的冤屈也随之被淹没在历史的尘埃中。
几年后，李师道部下的大将刘悟发动叛变，攻克城池，迫使李师道躲入茅厕，最终被擒并被斩首示众，其首级被传送至京师。
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