至德二年，史思明、蔡希德率高秀岩、牛廷蚧带领十万军队攻打李光弼。当时，精锐军队全部开赴北方，李光弼手下兵士不到一万人，众人建议加高城墙来守卫，李光弼说：“城墙周围四十里，叛军到了再整修它，白白地使我们的兵士和百姓疲顿。”

于是拆毁民屋造摞石车，摞石车由两百人拉动，发射的石头砸到之处常数十人死伤，结果十分之二的叛军被砸死砸伤。史思明造飞楼车，用木板遮挡，在靠近城墙的地方筑土山，李光弼派人挖地洞使土山倒塌。史思明在城墙下欢宴，歌女戏子在戏台上戏辱奚落天子，李光弼派人挖地道抓获了他们。

史思明非常惊恐，将主帅的营帐移走，远远离开，军队都选择地势纷纷后撤。李光弼又暗中在敌军营地边挖出深沟，预谋使敌军陷入其中，就假装约定投降。到约定时间，以精锐士兵守卫城上的矮墙，派遣副校将出城，好像送财物投降的人，史思明非常高兴。

不久，叛军数千人陷入深沟中，城上守军擂鼓呐喊，精锐骑兵出城追逐敌军，俘虏、杀死敌人按万计算。史思明害怕失败，就率军离开了，只留下蔡希德进攻太原，李光弼派出敢死队与敌军搏击，杀敌七万人，蔡希德丢下粮草物资逃跑了。当初，叛军刚到，李光弼在城中一角安置营帐来休息，经过府门不看一眼。围困解除后，过了三晚才回家。后来，又收编清夷、横野等她的军队。

李光弼与九节度使将安庆绪围困在相州，大战邺西，击败他。李光弼与众将商议说：“史思明陈兵于魏州不来救援，是想让我军懈怠，我们不如起军逼近他。他忌惮于嘉山之败，不敢轻意出兵，那么安庆绪就可擒获了。”

观军容使鱼朝恩坚持认为不可。不久史思明来救援，李光弼抵抗敌军，战斗特别尽力，杀戮掳掠敌军与自身伤亡大致相当。恰巧众将惊慌溃散，各自率军败退，到处抢劫掠夺，只有李光弼整治军队回到太原。皇帝宽恕了众将的罪责。