五月二十九日，唐军事先于嘉山设伏，诱叛军前来，被疲劳战术搅得心浮气躁的史思明果然上钩。当盘军进入嘉山唐军伏兵四起，叛军溃败，阵斩4万级，缴获战马五千匹。史思明被打得披发赤足，逃往博陵。李光弼乘胜追击，进围博陵，郭子仪准备北进范阳。嘉山大捷，唐军声威大振，河北十余郡的地方官吏和军民纷纷起来杀死叛军守将，归顺唐军。
当时的形势对唐朝来说可谓一片大好，哥舒翰在潼关据险死守堵住叛军西进关中之路。郭子仪、李光弼在山西、河北爆锤史思明，打的安禄山首尾难顾，当他得知唐军开始威胁老巢范阳时，一度决定回师范阳另谋他途。就在此时，唐玄宗估计觉得事儿不够大，给自己这个“干儿子”送了一记神助攻。他强逼哥舒翰放弃潼关天险，出关与叛军野战，结果唐军惨败，哥舒翰也被俘而降。
潼关失陷将安史之乱提升到了一个新的高度，不但关中地区惨遭涂炭，连战连捷的河北唐军也不得不转入守势。太原之战郭子仪在收到“哥舒翰败，天子入蜀，太子即位灵武”的消息后，不得不放弃河北地区的胜势，率军奔赴灵武护驾。叛军兵入关中后，在山西、河北展开了大规模的攻势，李光弼只能以弱势军力苦苦支撑。他先是连挫叛军多次进攻，还在河阳（今河南孟县南）巧施“美马计”弄走了叛军几百匹良马，气的史思明暴跳如雷，但面对跨越黄河两岸三城相连的河阳坚壁，史思明始终无可奈何。
但在河北则是另一番景象，史思明率领的叛军迅速南下，再夺常山郡席卷河北全境。公元757年(唐肃宗至德二年)正月，史思明自博陵、蔡希德自上党(今山西长治)、高秀岩自大同(今山西朔州东北马邑)、牛廷玠自范阳(今北京城西南)会兵10万，围攻李唐龙兴之地，惨烈的太原攻防战，就此拉开序幕。这时，朔方军精锐都被郭子仪带去护驾，李光弼手下只有河北兵士五千人，即便算上地方团练也不足万人。
面对叛军滔天势焰，李光弼账下诸将都惶惧不安，主张凭借晋阳坚城死守。但李光弼确认为守城必辅以野战，他力排众议分精兵在山中埋伏，自己则在城中动员军民挖壕筑垒，并事先打制了几十万块土坯砖，一旦城墙破损马上便能修复。对于心中揣测的诸将，他当众将一把小刀放在靴内，并立誓“城在人在，决不投降”。李光弼“置之死地而后生”的决心，迅速感染了唐军将士，当叛军攀城仰攻时，唐军上下以死相搏，堪堪顶住了叛军的狂潮。
史思明见仰攻坚城部署损失太大，便从山东运取攻城器械，并以三千蕃兵护送，不料这正好成了潜伏唐军的盘中餐，埋伏已久的唐军一拥而上，将蕃兵全歼。除此之外，李光弼还打起了地道战。他先派人挖掘地道通至城外，然后另派将领出城诈降。久困太原不能得手的史思明大喜过望，以为坚城唾手可得，不疑有他。等到约定的时间，唐军果然打开城门出城伪降，但等到诈降唐军快要接近叛军大营时。
营中突然地陷，摔死千余人，一时烟尘弥漫，乱做一团。唐军乘机擂鼓呐喊，猛烈冲击，一战歼灭叛军万余人。就在太原攻防战进行最为激烈之时，叛军内部却发生了惊变，安禄山被儿子给剁了。安庆绪继位登基，没了安禄山镇场子，要说史思明心里没想法我是不信的。恰好，安庆绪命史思明回守范阳，只留下蔡希德等继续围困太原。史思明率军返回范阳后，叛军攻势渐弱，李光弼敏锐察觉到了叛军的变化，感觉反攻的时机已经成熟。
他效仿田单破燕的“火牛阵”，将两百多头耕牛分为四队，牛头绑两把尖刀，牛尾捆扎浸油麻布，趁夜色偷偷出城，在敌营前点燃牛尾，黄牛发疯般地冲进敌营，唐军趁火势、借牛威，鼓噪杀入敌军大营，被踩死、烧死，斩杀的叛军多达六万之众，太原之战以唐军大胜告终。太原之战奠定了山西战争态势，也为日后唐军收复两京打下了基础。
此战之后，唐廷任命李光弼为太尉，兼兵部尚书，同中书门下平章事，进封魏国公，实封八百户。邺城之战公元757年（至德二年），唐军在回纥帮助下克复两京，随即光复河南诸郡，逃至邺城的安庆绪，集合上党(今山西长治)、颖川(今河南许昌)、南阳(今邓州)等地叛军汇聚邺城，手下又有了6万余人，准备和唐军在城下决战。乾元元年(公元758)九月，李亨命郭子仪、李嗣业等七镇节度使，领兵二十万（号称六十万），围攻邺城，同时又名又命李光弼、王思礼两节度使率所部助攻。
