He encontrado un mejor patron, este si solamente me reemplaza el src. Me falta decirle que no lo reemplace por completo sino que le agregue la ruta.
$cadena= '<p><img src="imagen.jpg" alt="imagen" width="628" height="518" /></p><img src="imagen2.jpg" alt="imagen2" width="628" height="518" />';
/*$patron = '<img.*?src="(.*?)\".*?>';*/
$patron = '@src="([^"]+)"@';
echo preg_replace($patron, 'src="ruta/"', $cadena);