吴元济是吴少阳的长子。起初试用为协律郎、兼监察御史、代理蔡州刺史。其父去世时，不发布丧事，只以患病奏报朝廷，并托吴少阳之名上表，请求由吴元济主持军务。皇上派遣医生前去问病，便称说吴少阳已病愈，医生未见到吴少阳就回去了。这之前，吴少阳的判官苏兆、杨元卿及其部将侯惟清曾共同为吴少阳谋划入朝觐见的办法；及至吴元济擅自统领军队之后，凶狠无仁义，只亲近军中那些凶悍之徒。他一向认为苏兆对他不利，便将苏兆缢杀，将尸体还给他家人，又将侯惟清抓了囚禁起来。当时朝廷听信误传以为侯惟清已死，追赠他为兵部尚书，追赠苏兆为右仆射。杨元卿因奏事先到京师，得以将吴元济如何处置淮西事务详细禀告宰相李吉甫。开始，蔡州以吴少阳患病奏报，杨元卿奏请凡淮西来使尚在途中的，当地官府须将他们留下。及至吴少阳去世，四十天内，李吉甫不停止上朝，只是在京城外调换将领、增加兵力以等待动静。其府内小吏不久便妄传董重质已杀死吴元济，并诛杀他的全家，李吉甫立即请求奏对拜贺，这才停止上朝。数日后，得知吴元济还活着。这时逆贼的阴谋已经成功，其部众四面出击，狂暴凶悍而不可阻挡，屠戮舞阳，焚烧叶县，攻掠鲁山、襄城。汝州、许州及翟阳百姓大多逃亡躲藏在山谷荆棘丛中，被贼兵杀戮伤害驱赶劫掠者遍及千里，关东极其震恐。
元和九年(814)十月，朝廷任命陈州刺史李光颜为忠武军节度使，又命山南东道节度使严绶充任申、光、蔡等州招抚使，仍令内常侍崔潭峻监严绶之军。十年(815)正月，严绶军临贼境西面。朝廷下诏称：“吴元济弃绝人性，叛离天理；不居父丧，擅领军政。朝廷宣旨晓谕，却无半点谦恭，诱惑一方之人，胁迫三军之众。因其父吴少阳曾经任使，朝廷哀其逝世，命人前往吊祭，使臣抵达即被遣返。据境肆虐，不听朝命，断绝君臣应有之礼义，忘却父子所受之恩德。旋即屠戮舞阳，伤残吏卒，焚烧叶县，骚扰百姓，恣行抢掠，无所畏忌。朕念及从前有赏赐的恩义，不轻易伤害藩帅之后人，仍然期望他回归忠顺之路，处在尊宠之位。因此并未动怒，依旧宽容，再降诏书，以示招抚。而他毒性愈甚，奸心不收，寿春西南，又陷州郡，穷凶极恶，纵暴延灾。百姓不能容忍，人神共同唾弃，导致此次动兵，确实出于不得已。吴元济现有官爵，概当下令削夺。令宣武、大宁、淮南、宣歙等道兵马结为一体，山南东道及魏博、荆南、江西、剑南东川兵马与鄂岳统一指挥，东都防御使与怀郑汝节度使及义成兵马成犄角之势相互策应，同期进讨。”
二月，严绶兵遭到贼军袭击，在磁丘被打败，退守唐州。四月，李光颜击溃贼党，吴元济派人向镇州王承宗、淄郓李师道求援，二帅上表于朝廷，请求赦免吴元济之罪，朝旨不允准。从此两河贼帅就地暗中发难，企图以此阻挠王师。五月，王承宗、李师道派遣盗贼焚烧河阴仓，诏令御史中丞裴度前往军中宣谕，观察用兵形势。裴度还朝奏道：“臣观诸将，惟独李光颜勇义兼备尽心报国，必获成功。”皇上很是高兴。次日，李光颜奏报在时曲大破贼兵，皇上道：“裴度了解李光颜，可说是最为透彻啊。”于是命裴度兼刑部侍郎。此时朝内朝外相互庆贺，决意不宽赦叛贼，征召天下官军环列申州、蔡州郊外成包围之势，共有大小十余镇的军队前来。六月，王承宗、李师道派盗贼在京城埋伏，刺杀宰相武元衡及中丞裴度，武元衡先被杀死，裴度重伤而未死。宪宗怒不可遏，立即任命裴度为宰相，淮右用兵之事，一概交付他处理。七月，李师道派遣嵩山僧圆净勾结山贼同留守宅邸的卫兵一起，企图焚烧东都，动手之前事情败露而自遭其祸。此时严绶已退休罢职，便任命汴州节度使韩弘为淮右行营兵马都统，因高霞寓有威名，任用为唐邓节度使。
元和十一年(816)春，诸军集结如云，惟有李光颜、怀汝节度使乌重胤无顾虑观望之心，旦夕同贼军血战，不断献上捷报。六月，高霞寓遭贼军攻击，在铁城战败，退守新兴栅。当时各军作战之胜负皆不如实奏报，大多虚称取胜，及至高霞寓战败，朝内外人心惶惶。宰相与谏官屡屡奏请罢兵，惟有裴度坚决主张击溃贼人。随即以袁滋取代高霞寓为唐邓军帅，袁滋生性懦弱不能带兵。十二年(817)正月，袁滋又遭贬，闲厩使李朔心上表奏请到军中效力，于是任命李朔心为唐邓军帅以替代袁滋。李朔心大军压境，夺取贼军文城栅，生擒栅将吴秀琳，又活捉贼将李佑；李光颜也攻陷贼方郾城。吴元济这才感到畏惧，尽数派出左右侍卫及守城士卒，让董重质率领以抗拒李光颜、乌重胤。
六月，吴元济请求归降，被群贼所牵制，不能自拔。皇上认为元凶已陷于困境，但官军未临贼城，军需日益耗尽，便在延英殿向宰相询问如何处置。裴度道：“叛贼力已穷尽，但诸贼帅主张不一，因此未能决意归降。”皇上道：“卿之决策能实行吗？”裴度回答道：“臣誓不与贼共存。”七月，诏令裴度为彰义军节度使，兼申光蔡四面行营招抚使，以郾城为行使蔡州节度使职的治所。八月，裴度至郾城，激励部众，军士们因裴度到来而喜悦，因他赏罚必行，皆愿竭力效忠，裴度每出面劳军，军士中都有感激涕零的人。
此时李朔心驻军文城栅，既已俘获吴秀琳、李佑，了解到这二人可利用，便委用不疑，日夜与他们在军帐中谋划。李佑道：“吴元济的强兵，多在洄曲西岸防卫，而守卫蔡州的兵士都是市井老弱之人，可以乘虚偷袭，直抵悬瓠，等到贼将发觉，吴元济已成俘虏了。”李朔心等认为很对，征求裴度的意见，裴度道：“不出奇兵不能取胜，您的主意太好了。”十一月，李朔心黑夜出兵，令李佑率精锐骑兵三千为前锋，田进诚率三千骑兵为后军，李朔心亲自率三千骑兵为中军。当月十日夜，到了蔡州城下，踏着墙上的坑洼全部登上城头，贼人没有发觉。十一日，攻击衙城，生擒吴元济及其家属，立即奏报朝廷。
当初，吴元济叛乱时，恃仗其凶残狠毒，但治军没有纲纪。其部将赵昌洪、凌朝江、董重质等各率兵向外侵犯。李师道贩运郓州之盐，有时在宁陵、雍丘之间运送，韩弘知道却不能禁止。淮右自吴少诚叛乱以来，三十余年，王师征讨，未能到达蔡州城下，叛贼曾击退韩全义，打败于由页，所以骄横凶悍无所顾忌。并且仗着城池坚固，有山隔水绕，所以朝廷征发天下之兵围攻三年，所攻克者不过一县罢了。及至罢黜高霞寓、李逊、袁滋，诸军始能推进。又靠了阴山府沙陀人骁骑、邯郸军勇士，以及李光颜、乌重胤舍命奋战，及至宰相亲临指挥，打破诸贼将首尾相顾之计，这才擒了元凶。
申、蔡叛乱之初，人们被李希烈、吴少诚的酷虐行为所劫持，而忘记了心之所归。数十年之后，老年人力衰或丧命，壮年人狠毒暴虐而心安、搏斗侵吞而愉悦。当地马匹少，而到处畜养骡子，乘着骡子训练作战，称为骡子军，尤以勇猛凶悍著称，甲衣旗仗皆绘画雷公星象作为制胜之符咒，而吴少诚善于以奸谋稳固众人之心。当初，韩全义在氵殷水战败，蔡州兵在韩全义军帐中缴获朝廷公卿间相互问候的书信，吴少诚将书信包扎起来对部下说：“朝廷公卿寄来这些信件托付韩全义，收复蔡州之日，请求每人得一将士的妻女作为婢妾。”用这种谎话来激怒手下军士，断绝他们归向朝廷的念头。因此蔡州人有宁愿老死而不愿听天子恩赦的说法，坚决为叛贼效力。蔡州虽然地处中原，人心之愚劣却超过外夷，乃至于搜罗天下豪杰，三年之后才被收服，他们并非将才却具备勇力，皆因情势驱逼、习性养成、不知教义所导致的结果。
吴元济押解至京师，宪宗驾临兴安门接受献俘，百官到楼前称贺，于是献俘庙社，押往东西两市示众，在独柳将吴元济斩首，时年三十五。当夜首级不知去向。其妻沈氏，没身入后宫为婢；弟二人、子三人，流放江陵后杀死；判官刘协庶等七人皆斩首。光、蔡等州平定，这才重新成为君王的疆土。