受命后的李光弼驻守太原，从此有了充分施展才能的大好机会。他与郭子仪密切配合，对叛军展开大举反攻。
756年二月，他率领所部骑兵1万人、弓弩手3000人，出井陉口（今河北井陉县西北），他要面对的是史思明、李立节、蔡希德等叛将率领的5万大军。
指挥若定的李光弼，左右搏杀一连收复7座县城（真定、石邑、行唐、井陉、平山、获鹿、灵寿），直奔重镇——常山（今河北正定），取得了很大的胜利。动摇了安禄山的后方。
李光弼具有大胸怀、大智慧，在擒住叛军守将安思义后并没杀他。
李光弼发现他并不是死硬的顽固分子，就鼓动他为唐营效力，并虚心地向他请教对制敌策略。安思义被他所感动。就真诚地道出了自己的见解：“您的兵马远道而来，十分疲惫，仓促间遇到强敌，未必能很快取胜。
倒不如避其锋芒，把大军移到城内。坚守不出。等待其露出破绽，再寻找战机。
胡人的骑兵虽然勇猛，但不能持久稳重，稍微遇到挫折就会士气涣散，到那时您就可以趁机进攻了。”
安思义还进一步分析道：“常山丢失，叛军中最可能来争夺的是200里外的史思明，这才是最值得注意的敌人。
他一定会放弃进攻饶阳（今河北饶阳），前来争夺常山。”
李光弼欣喜异常，立刻接受了安思义的建议，命令大军坚守。并对他待若上宾。
能打败敌人的固然是强人，但能令敌人钦服而为己所用，转而针对其原来的阵营，这就堪称伟人了。
果然如安思义所料，史思明得知战事吃紧，亲率10万大军将李光弼部包围在常山。双方激战40多天，李光弼命令制造抛石车来防守，使敌军伤亡惨重。
安庆绪称帝后，派大军进攻河南各州。史思明部突然渡河，攻占汴州（今河南开封）。进逼洛阳。
李光弼认为洛阳城大兵少难以守住，因此撤出城中官吏和百姓，放弃空城。
并率领全军扼守河阳（今河南孟州南），威胁叛军侧翼。使其不敢西进。
758年，李光弼在河阳大败史思明，歼敌2万，乘胜收复了怀州（今河南沁阳）。
九月二十一日，李亨派郭子仪、李光弼等9位节度使（朔方节度使郭子仪、河东节度使李光弼、关内节度使王思礼、北庭节度李嗣业、淮西节度使鲁炅、郑蔡节度使季广琛、河南节度使崔光远、
滑濮节度许叔冀、兴平节度李奂等）率领号称60万军队，合兵围攻从洛阳逃到邺郡（又称相州。在今河南安阳北）的安庆绪。
李亨错误地以为，郭子仪、李光弼都是国家元勋难以相互统辖，所以不设立元帅（实际上是不想放权给他们，所以重用自己的“家奴”），只任用宦官鱼朝恩临时代表皇帝处理有关军务，并为他设置了一项前所未有的职务“观军容宣慰处置使”。
战争不仅是双方军事力量的较量，更是双方统帅间高级智慧的较量。
不设主帅，反映了李亨的昏庸和组织能力的低下，也必将为这支军队带来厄运。
十月，安庆绪知道自己已被唐军困死，便以让出皇位为砝码向史思明求救。史思明收到消息，便率13万精兵赶来救援。
以9节度使的强大兵力本来可以一举歼敌，但因唐军没有主帅缺乏统一指挥，各路大军互不统属、各自为战，混乱不堪。
鱼朝恩是这支联军的最高长官，但他根本不懂兵法，不会用兵。759年三月，唐军溃败损失严重，只有李光弼的部队没有溃散。
唐朝好不容易凑并起来的这支规模庞大的队伍，上万匹战马只剩3000匹，十几万件刀枪兵器几乎全部丢掉。
宦官鱼朝恩一向忌妒郭子仪，又怕皇帝怪罪自己无能，便把大战失利的责任都推到他身上。
恼羞成怒的李亨不明是非信以为真，便剥夺了郭子仪的兵权。七月，李亨下令李光弼代替郭子仪担任全国武装部队副总司令（天下兵马副元帅），并兼任幽州军区参谋长（长史）、河北军政长官（河北节度使），驻守洛阳。
有了郭子仪的教训，李光弼主动要求皇帝派一位亲王担任元帅以服众。
于是，李亨派次子赵王李系任总司令（天下兵马大元帅），实际军务仍由李光弼主持。
李光弼刚毅果断、用兵灵活，尤其以防御作战见长；他治军严谨，所部屡战不殆。
他曾不顾皇命斩了不服军令的御史崔众﹑左厢兵马使张用济等；在收复常山时，还释放被囚百姓，军纪严明使民众极为敬服。他和郭子仪志同道合，相互配合地很好。
他们都善于利用有利地形、士气民心和敌人的短处与敌周旋，大大削弱了叛军的战斗力，逐渐获得了战争的主动权。
在很多战役中，他们往往都能以少胜多、以弱胜强，取得了一个又一个的胜利。
然而，这也导致了宦官鱼超恩、大将仆固怀恩的嫉妒和陷害。为了躲避灾祸，李光弼几年都不敢入朝。
虽然李光弼后来的名气没有郭子仪大，但他军事才能不在郭子仪之下。
正如《新唐书》所言：“李光弼用兵，先制定谋略而后作战，能以少胜多。
治军严厉，天下都佩服他的威名，军中的将领都不敢仰脸看他。最初，和郭子仪齐名，人称‘李郭’，而单