第二，選派平叛統帥，刻意挑選李唐宗室左玉鈐衛大將軍李孝逸為主帥，統領三十萬中央禁軍南下征討。李孝逸是淮安王李神通之子，純正李氏血脈，由宗室領兵討伐打著“匡復李唐”旗號的徐敬業，直接瓦解叛軍起兵的合法性，讓天下百姓看清，李氏皇室並不認可徐敬業的起兵行為，切斷各地宗室藩王響應的可能。同時派遣名將魏元忠擔任行軍管記，輔佐李孝逸謀劃戰事，魏元忠極具軍事謀略，後續平叛的關鍵戰術幾乎都出自他的謀劃。另外調遣黑齒常之為江南道大總管，領兵從側翼夾擊揚州，雙線牽制叛軍。
第三，封鎖朝堂內外，嚴查與徐敬業私通書信、暗中呼應的官員，但凡有蛛絲馬跡立刻抓捕審訊，短短數日肅清朝堂潛在內應，穩定洛陽中樞，避免內亂與揚州叛軍內外夾擊，牢牢穩住後方根基。
洛陽調兵遣將的訊息渡江南下，送到揚州義軍大營，軍師魏思溫第一時間找到徐敬業，獻上足以改寫戰局的上策。魏思溫分析局勢：義軍起兵的核心口號是解救被幽禁的睿宗、迎廬陵王復位，天下百姓不滿武后專政，心向洛陽皇室舊都。如今朝廷大軍尚未抵達淮河，中原各州人心浮動，最佳戰術應當是全軍主力捨棄江南城池，即刻領兵北上，直撲洛陽。
只要義軍兵臨洛陽城下，中原士族、百姓必然群起響應，武后身處神都，根基不穩，內外壓力疊加之下，平叛大軍軍心渙散，不戰自潰，屆時無需苦戰便可達成匡復大業。退一步說，即便無法一舉攻破洛陽，佔據中原腹地，也能和朝廷大軍形成對峙，依託黃河、淮河防線長期周旋，掌握戰爭主動權。
這條計策直擊要害，完全抓住義軍輿論優勢與武后後方軟肋，可徐敬業聽完之後，心中生出截然不同的考量，當場拒絕了軍師的提議。他心中藏著雙重私心，一是擔憂北上進攻洛陽，一旦戰事僵持不下，揚州後方富庶之地會被朝廷大軍趁機攻佔，失去錢糧根基；二是他早有佔據江南、自立根基的想法，打算先拿下潤州、常州、蘇州等江東富庶城池，坐擁長江天險，割據江南自成勢力，進可北上爭奪天下，退可渡海逃往高句麗，進退無憂。
魏思溫苦口婆心反覆勸諫，直言固守江南乃是坐以待斃：“天下義士響應我等，只因我等以匡扶皇室為名，若我等盤踞江東，只求割據自保，天下人便會看清，我們起兵並非為大唐，只是為一己私利，人心必然離散，再無各州主動歸附。等到朝廷三十萬大軍合圍江南，長江沿線城池狹小，無縱深緩衝，糧草耗盡之日，便是全軍潰敗之時。”
一番忠言逆耳，徐敬業依舊固執己見，二人爆發激烈爭執，義軍內部自此出現無法彌合的戰略裂痕。魏思溫看著主帥目光短淺，只顧眼前江南富庶，放棄千載難逢的進取良機，心中已然預見義軍最終覆滅的結局，滿心壯志漸漸冷卻，後續謀劃再難完全施展。
定下固守江東、先取潤州的戰略，徐敬業分兵兩路：一路由弟弟李敬猷帶領，駐守高郵，阻擋北方南下的朝廷先鋒部隊；自己親率主力奔赴潤州，強攻城池，順利拿下潤州，俘獲潤州刺史李宗臣。佔據潤州之後，義軍短暫迎來勝利，繳獲城中大量糧草兵器，徐敬業更加堅信自己的判斷，全然不顧魏思溫的警示，在潤州大肆封賞麾下將士，滋生輕敵之心。
與此同時，李孝逸率領三十萬朝廷大軍渡過淮河，抵達臨淮前線，正式與叛軍對峙。魏元忠針對叛軍分兵駐守、戰線分散的弱點，制定先弱後強、各個擊破的戰術，不正面硬抗徐敬業親率的主力，優先進攻分守各處、戰力薄弱的叛軍分支。
朝廷大軍首先進攻駐守淮陰的叛軍將領韋超，韋超兵力單薄，抵擋不住官軍猛攻，連夜棄城逃竄；緊接著官軍轉向高郵，突襲李敬猷所部。李敬猷本身缺乏領兵作戰經驗，麾下士兵多為臨時招募的百姓，陣型一衝即散，大軍潰敗，李敬猷孤身騎馬逃回徐敬業主營，兩路防線接連失守，義軍士氣遭受重創。
接連丟失江北防線，徐敬業才慌亂從潤州回師，全軍退守下阿溪，依靠溪水天險構築營寨，攔截李孝逸主力大軍，雙方進入決戰階段。下阿溪水面寬闊，溪水湍急，叛軍在南岸構築防禦工事，密密麻麻排布弓弩手，官軍數次渡溪進攻，都被箭矢逼退，損兵折將，主帥李孝逸接連戰敗，心生畏懼，萌生退兵之意。
魏元忠堅決阻攔撤退，點明利害：如今叛軍主力全部聚集下阿溪，正是決戰良機，一旦退兵，叛軍順勢北上，淮河以南盡數落入敵手，朝廷再平叛將付出數倍代價。他仔細觀察天氣地形，發現秋日天干，溪邊荻草叢生，且連日盛行西北風，恰好可以藉助風力實施火攻，一舉焚燬叛軍南岸營寨。
李孝逸半信半疑，採納火攻之計，分兵多路準備引火器具，等待合適風向發起總攻。開戰前夜，後軍總管蘇孝祥急於立功，私自帶領五千士兵乘坐小船連夜渡溪突襲叛軍大營。徐敬業早有防備，在溪水南岸埋伏大量伏兵，等到官軍半數渡溪上岸，伏兵四起合圍，五千官軍幾乎全軍覆沒，蘇孝祥戰死，落水溺死者過半，官軍再遭慘敗，軍心越發動搖。
此戰過後，叛軍士氣短暫回升，徐敬業更加輕敵，認為朝廷大軍不堪一擊，放鬆營寨戒備，士兵連日駐守疲憊不堪，陣型鬆散，不少人暗中萌生逃跑念頭。
數日後，西北風猛烈吹起，溪邊蘆葦乾燥易燃，李孝逸抓住時機，下令全軍渡溪，弓箭手射出攜帶火種的箭矢，漫天火種落在南岸荻草與叛軍營帳之上。大風助推火勢，瞬間整片南岸化為一片火海，叛軍營帳、糧草、軍械盡數被大火吞噬，士兵被煙火圍困，互相踩踏，哭喊逃竄，防線徹底崩塌。
官軍趁火勢橫渡溪水，衝入混亂的叛軍陣營大肆斬殺，此戰斬首七千餘人，跳入溪水溺亡計程車兵不計其數，十餘萬義軍主力經此一役，近乎全軍瓦解，積攢兩月的聲勢頃刻化為泡影。
下阿溪火攻大敗，徐敬業徹底明白大勢已去，再無翻盤可能。他帶著殘餘親信、家眷、弟弟李敬猷、駱賓王等人，輕騎突圍逃往江都，打算收攏殘兵固守城池，可沿途潰兵四散奔逃，無人收攏，江都官吏百姓緊閉城門，不願接納敗軍之主。
短暫停留江都，徐敬業放棄固守城池的想法，帶著核心數十人奔赴潤州，原本計劃聯絡潤州殘餘勢力，可慌亂之中丟失聯絡信物，無法聯絡城內舊部，眾人陷入絕境。此刻擺在眼前僅剩一條出路：趕往海陵，搭乘海船渡海逃往高句麗，暫避鋒芒，積蓄力量等待時機捲土重來。
一行人快馬疾馳趕往海陵，也就是如今江蘇泰州沿海，抵達江邊碼頭時，船隻早已備好，輜重、家眷全部搬上船，只等順風起航出海。天不遂人願，連日適宜出海的東南風驟然停歇，轉為猛烈逆風，巨浪翻湧，船隻根本無法駛出江口，只能停靠岸邊等待風向轉變。
身後李孝逸派出的追兵日夜兼程，距離海陵碼頭越來越近，馬蹄聲隱約可聞，船上眾人人心惶惶，絕望氣氛籠罩所有人。徐敬業連日奔波，心力交瘁，坐在船頭沉默不語，昔日意氣風發、坐擁十萬義軍的匡復上將，此刻只剩窮途末路的狼狽。
叛軍將領王那相一路跟隨起兵，親眼見證大軍從鼎盛到覆滅，心中早已盤算自保之計。眼看追兵將至，逆風無法出海，與其一同被俘押送洛陽、滿門抄斬，不如斬殺徐敬業一眾核心首領，攜帶首級投降官軍，換取自身與家人活命。
趁著夜色昏暗，眾人疲憊鬆懈，王那相暗中召集幾名心腹親兵，手持利刃突襲船艙。徐敬業、李敬猷來不及反抗，當場被斬殺，駱賓王亦在此次衝突中遇害（《資治通鑑》採信此說法；《新唐書》記載駱賓王趁亂逃亡，下落成千古謎團）。王那相砍下徐敬業兄弟等人頭顱，整理行囊，前往官軍大營投降，將全部首級上交李孝逸請功。
追兵抵達海陵碼頭時，只見到散落的叛軍殘餘、空置大船與滿地血跡，主帥徐敬業已身首分離。李孝逸接收首級，派遣快馬加急送往神都洛陽，其餘逃亡躲藏的義軍核心唐之奇、魏思溫等人，陸續被各地官府抓捕，全部押送洛陽鬧市斬首，首級懸掛城門示眾，所有參與起兵的官吏、將士家屬，一律抄家流放，罪重者滿門誅殺，牽連數千人。
從光宅元年九月起兵，到十一月海陵兵敗身死，徐敬業主導的揚州起義僅僅維持四十四天，轟轟烈烈的匡復義舉，如同煙花轉瞬消散，落得身死族滅、先祖蒙羞的悽慘結局。
訊息傳回洛陽，武則天看到徐敬業的首級，心中大石落地，下旨將所有叛黨首級公示天下，同時繼續深挖徐家罪責，原本陪葬昭陵的李積墓徹底被毀，屍骨焚燒丟棄，曾經榮光無限的英國公徐氏，一夜之間淪為大唐逆賊世家。
遠在各地流放、未參與起兵的徐氏旁支族人，全部再度貶謫蠻荒，終身不得返回中原；曾經依附義軍的江南州縣，加重賦稅，派遣官吏嚴加管控，江南百姓再不敢萌生反抗之心。經此一戰，朝堂之中再無勳貴、宗室敢公開反對武后，掃清最大阻礙的武則天，數年後順利廢除睿宗，登基稱帝，改國號為周，開啟十五年武周統治時代。
