思順兄弟權傾朝野，平常人想巴結他們都沒門，而李光弼意堅辭不做“乘龍快婿”，志節確定不同反響。為此，哥舒翰“異其操節”，上表朝廷，徵入京城為武官。

哥舒翰鎮守潼關時，唐玄宗心中也打鼓，同時拜郭子儀為朔方節度使，收兵河西。臨行之前，玄宗問郭子儀有何良將可以推薦，郭子儀馬上就說出李光弼的名字。唐廷制下，以李光弼為雲中大守，兼御史大夫，充河東節度副使。天寶十五年三月，李光弼以五千兵馬與郭子儀合軍，東下井陘，收復常山郡。史思明叛軍來援，李光弼數出奇兵，賊軍連敗，唐軍趁機攻撥趙郡。四月，唐廷又拜李光弼兼范陽長史、河北節度史。七月，李光弼率軍又在常山的嘉山一帶大破安祿山屬下史思明、蔡希德、尹子奇三大將，斬首萬餘，生俘四千。史思明露發徒跣，隻身一人逃往博陵。至此，河北大半郡縣重為唐軍所有。

首伐連捷之時，李光弼清醒認識到，范陽是安祿山老窩，應該先予攻克，絕其根本。計劃未行，哥舒翰潼關敗迅傳來，唐玄宗逃往蜀地，一時間軍心大駭。唐肅宗李亨即位後，馬上派使臣授李光弼為戶郎尚書、同中書門下平章事。李光弼臨危受命，立即提五千兵馬赴太原。

當時，節度使王承業慌于軍政，侍御史崔眾在太原主持軍事，平時根本不拿王承業當回事，參見這位上司時也時常著甲提槍，隨便闖入，沒有一點上下尊卑規矩。李光弼聽說此事後，本來就對崔眾很反感。朝廷令下來，依理崔眾應把所部兵馬全部交予李光弼掌管。赴營參見新上司時，估計是牛逼已成習慣，崔眾騎馬率兵士與李光弼會面，雙方隊伍相交，崔眾仍舊大大咧咧安坐馬上，根本不行參見禮。李光弼大怒，喝令左右當眾把崔眾拿下，綁縛關押。剛把崔眾推走，朝廷中使趕到，說有任命崔眾為御史中丞的詔書，又問眾人崔眾在哪裡，要他跪地聽封。李光弼答言：“崔眾有罪，已經關起來了！”中使連忙拿出朝廷敕旨給李光弼看。

“現在要處斬的，只是侍御史崔眾。如果你宣讀制命封他為中丞，我就斬中丞崔眾。如果朝廷有旨拜他為宰相，我就斬宰相崔眾！”李光弼斬釘截鐵，擲地有聲。“中使懼，遂寢之而還。”兵荒馬亂，大將在外，有生殺矛奪之權，這位公公膽小得聰明，趕忙回朝覆命。轉天，李光弼大樹兵仗，在軍中當眾斬殺崔眾，威震三軍。這崔眾也是倒黴蛋，撞在李光弼刀下，成為李將軍樹威立勢的犧牲品。　。

唐肅宗至德二年（公元757年），史思明等人率十萬多叛軍向駐紮太原的李光弼軍發起攻勢。當時，唐軍的精兵銳卒都被徵調到朔方軍保衛唐肅宗，李光弼手下士卒連一萬都不到。面對十倍於已、來勢洶洶的勁敵，眾將都建議修城憑固，堅守以待外援。惟獨李光弼有自己的見解。“環城四周有四十里，現在派城內兵民大修城池根本就不現實，敵人馬上就殺至城外，到時大家筋疲力盡，連禦敵的力量都沒有。”於是，李光弼親率士卒百姓，在城外掘壕溝為守，又下令挖塹溝數萬，周圍將士也不明就裡，只能依命而行。

史思明到太原城前信心百倍，對諸賊將說：“李光弼弱兵不過一萬，太原可屈指而取，然後我們鼓行而西，直攻河隴、朔方兩軍，再無後顧之憂！”沒想到，剛要攻城，李光弼派人先以二百人才能挽動的巨型拋石車猛砸大石，一頓亂轟，叛軍有一、兩萬人被砸成肉醬。史思明指揮兵士搭建飛樓，用木幔圍起，在中間堆土成山，想憑土山臨城進攻。李光弼兵士從下面把土挖空，土山轟塌。如此數合，史思明知道確實遇到勁敵，再也不提連戰速決的事情。

史思明在城外張燈結綵，大宴兵士，又讓戲子在臺上扮成逃跑的唐玄宗，一來刺激城內固守唐兵，二來給叛軍當“宣傳隊”，鼓舞士氣。戲演到一半，臺上的幾個戲子忽然不見——李光弼派人從先前挖的塹溝壕洞一直鑽到戲臺上，掏空地層，戲子們自然就掉了下去。沒多大功夫，幾個戲子就被推到城頭，咔咔幾下，塗滿化妝油彩的腦袋就被扔了下來。“思明大駭”，把自己的統軍牙帳趕忙遷到距城很遠的地方。叛軍走動時，也個個眼睛緊盯地下，惟恐不小心自己也掉到下面的窟窿裡面，腦袋搬家。

相持之中，李光弼派人遍挖城外地下，可以說是中國軍事史上第一次大規模的“地道戰”——只不過唐兵不是躲在裡面放冷槍，而是把叛軍營地的地下全部挖空。見時機成熟，李光弼假裝城內糧盡，派人向史思明“約降”。“思明興奮過望”，眼見在約定的時間有唐軍將領手執白旗出城，忙下令兵士放仗準備迎降。臉上笑容還沒消失，史思明身後軍營忽然發出巨響，