李师道，是李师古的异母弟。师古曾说“：即使不能改变民间疾苦，也要使其知道衣食之从何而得。”让他管密州之事。李师古病了，召来亲信高沐、李公度，问他们：“我死了以后，你们准备让谁即位？”两人迟疑未答，李师古说：“难道你们想以人情而属意师道吗？他不知军事却自诩有才。我怕他会使我李家覆灭的，请你们考虑。”李师古死，高沐、李公度与家奴等还是扶立李师道为平卢节度使，上报朝廷，请正式授官。那时授官制书久久不下来，李师道怕有变故，要集兵守境。高沐极力制止，再次上书，奉两税，守盐法，请求委任为朝廷之官。宰相杜黄裳想设官分治，削减其权力。那时宪宗刚刚诛平刘辟之乱，来不及东顾。
所以命建王审领御平卢节度大使，而任李师道掌管留后事务。年中，加官检校工部尚书，为平卢节度副大使。从李正己以来，平卢虽表面听命天子，实质招降纳叛，有得罪了朝廷的人就一定厚礼招纳。且一向以严法治理军政，凡有什么事交付派遣出去，一定将他的妻儿为人质；有人想要归顺朝廷，一定夷灭他全家。所以他能胁迫士众，传位三代。
皇帝讨伐蔡州吴元济，诏令各道出兵而未及郓州。李师道挑选精兵二千人到达寿春，表面上说是协助官军，实际上却是援救吴元济。有个亡命之徒为李师道献计说：“河阴，是江、淮的运输要道；河南，是帝都所在，如果烧毁河阴的转运仓库，再招募洛阳壮士去劫掠皇宫，朝廷马上会去救援腹心之患。这是解蔡州之围的一个奇策。”李师道于是派人烧了河阴的漕运院，毁去钱三十万缗，米几万斛，仓库一百多区。又有人劝李师道说：“皇帝虽发令讨伐蔡州，其实这主意是宰相出的。现在武元衡得到皇帝信任，如能效法汉代袁盎的做法，以后宰相会心惊，而请皇帝罢兵的。这样那就不用兵将而蔡围就解了。”李师道又听信了，派人杀了武元衡，同时伤了裴度。
当初，李师道在东都置官邸，在伊阙、陆浑之间广置田产，给山民建屋，派大将訾嘉珍、门察带兵分守，嵩山的僧人圆静为他出谋划策。元和十年(815)，李师道在邸中大宴士众，然后将铠甲穿在衣内，准备焚烧掠夺东都。有一个部下到官府告发。留守吕元膺带兵包围了邸宅，李师道的人马突围而出，转而掠夺京畿周围，躲入山中几个月，抢夺山棚猎户买卖的东西。激怒了山棚，引导官军袭击，将他们全都杀尽。僧人圆静，八十多岁，曾经在史思明手下为将，骠悍异常。
既被擒获，怕他在途中逃跑，由大力者用锤打他的胫骨，竟然不能折断。圆静骂道“：没有用的家伙，连打断人腿都不会，还妄称什么健儿。”于是自己把腿搁在石上击折。将要处死他时，他叹息说：“可惜误我大事，没能让我看见洛城流血！”
那时，留守、防御将、都亭驿史几十人，都曾暗中接受李师道所署之职，作为他的耳目。所以李师道的一些阴谋朝中无人知道。及至追根究源地询查，才知道杀害武元衡的是李师道的手下訾嘉珍和门察。盐铁使王播又搜出訾嘉珍所藏的弓材五千，还有断建陵戟四十七件。
当初，李师道想知道吴元济的虚实，派刘晏平从小路到淮西。吴元济每日与他欢宴，与他结友。刘晏平回来后说，吴元济几万人马暴师于外，自己则安然居内，每日只与妻妾赌博嬉戏，其势必败。
李师道原来是看重蔡州才帮助他的。听了刘晏平的话不觉大怒，借别的事杀了刘晏平。到了听说李光颜攻克了凌云栅，才大为震惊，派使者入朝，愿意归顺。
皇帝因当时淮西、恒冀两边用兵，无暇顾及，于是命给事中柳公绰去抚慰笼络，加官检校司空。
蔡州乱平，又派比部员外郎张宿劝李师道割地赎罪，送儿子入朝为质。张宿说“：公如今归顺朝廷，乃是宗姓，若以尊卑而论，皇上是叔父辈，你不能算屈膝，这是一；你以十二州之众服从三百多州的天子，以小事大，作为藩臣，这是不算屈膝之二；你家传爵五十年，向传位二百年的天子称臣，这是不算屈膝之三，如今你不轨之心已经暴露，皇上还允许你自己赎罪，你该派儿子入朝宿卫，割地自赎。”李师道于是送上三个州，派儿子李弘方入侍。张宿回去后，李师道又后悔了，召集众将商讨。大家都说：“蔡州那么几个州，朝廷打了三四年才打下来，公现在有十二州，有什么可担心的？”大将崔承度进言“：公当初不将心腹事告诉各将，而今把兵交给他们。这都是一些惟利是图者，朝廷拿一杯酒十个饼就能把他们诱走的。”李师道对他的话很生气，派他去京师，嘱咐侦察待他回来时杀了他。崔承度就在京师待命，不敢回来。
皇帝因李师道负约，派左散骑常侍李逊来宣谕旨意。李逊到，李师道竟然以武装迎接。李逊责备他说：“前已有约，现在又背约，是为了什么？请简单说明，我将上奏天子。”李师道口中答应，但仍迁延不能决断。私奴婢杨自媪说“：先司徒的土地，为什么一旦无故割献？现在不献这三州，不过是兵戎相见罢了。
即使打不胜，到那时再割地也不晚。”李师道于是上书，说是因军士们不肯协力。
皇帝生气，下诏削去他的官职，诏令各军进讨。武宁节度使李愿派大将王智兴打败了他们，斩杀二千人，获马牛四千。进军到平阴。横海节度使郑权，在福城与李师道兵众交战，斩杀五百人。武宁的大将李..在鱼台与之交战，也将其兵众打败。宣武节度使韩弘攻克考城。淮南节度使李夷简命李听去海州，攻克沭阳、朐山，进戍东海。魏博节度使田弘正亲自带兵从阳刘渡河，在离郓城四十里处扎营，两次接战，击破三万人，擒获三千人。陈许节度使李光颜攻濮阳，收取斗门、杜庄二屯。田弘正又在东阿一战，打败他五万人马。李师道每听到一处败报，就心悸成病，到李..攻取了金乡，左右都不敢再报了。
当初，李师道派大将刘悟屯守阳谷，抵挡魏博的兵力，又怀疑他有二心。刘悟怕终究会被李师道杀害，所以引兵反转来攻郓城。李师道早上起来听说此事，对他的嫂子裴氏说：“刘悟造反了，以后我们只能当个小民守坟墓了。”当即与李弘方躲进厕所，刘悟的兵把他们擒获。
李师道要求见刘悟，未得允许。又要求把自己送往京师。刘悟让人对他说“：司空今天已成囚犯，有什么脸面见天子？”
李师道还流涕乞怜，李弘方说：“不如快点死。”于是将父子两人一并斩杀，将首级传送京师，其尸骸暴露，没有人敢去收敛。后来英秀将他们埋在城西。马总来后，以士之礼重新埋葬。
先前，李师古见到刘悟，曾说“：此人以后必贵，不过败我家的也就是这个人。”田弘正渡河时，擒获李师道的大将夏侯澄等四十七人，皇帝诏令全部赦免，并给棉衣，让他们回去隶属魏博、义成军，父母还在、愿意回家的，给以厚赐遣返。贼人都感恩相互告慰。也正因此刘悟能一举成功。李师道的头传到田弘正营中，召夏侯澄验证。夏侯澄用舌将李师道眼中的尘土舔干净，痛哭了很久。
刘悟早就与李师道的妻子魏氏私通，谎说魏氏是郑公徵的后裔，因此得以不死，收入掖廷为婢。其他的宗属都流放远地。刘悟独上表推荐李师古的儿子李明安为郎州司户参军。李师道的亲将王承庆，是王承宗的弟弟，李师道曾把哥哥的女儿许配给他，曾暗中约好左右，想借练兵之机逮住李师道，正好刘悟来，于是逃奔到徐州，归顺朝廷。