胡虏潜京县，官军拥贼壕。
鼎鱼犹假息，穴蚁欲何逃。
帐殿罗玄冕，辕门照白袍。
秦山当警跸，汉苑入旌旄。
路失羊肠险，云横雉尾高。
五原空壁垒，八水散风涛。
今日看天意，游魂贷尔曹。
乞降那更得，尚诈莫徒劳。
——杜甫《喜闻官军已临贼境二十韵》
至德二载（公元757年）的大半年里，在北线的李光弼守住了太原，屏蔽了朔方、陇右大后方，令那里的唐军能够从容的调兵遣将、组织集结；东线的张巡死守睢阳，使得唐朝财赋供应基地江淮地区得以保全，令东南的粮草财赋能够源源不断的输送至贫瘠的西北，为西线的唐朝大军反攻长安提供了物资保障。
至德二载（公元757年）二月十日，就在张巡坚守睢阳之际，唐肃宗在李泌的建议下抵达离长安仅三百里的凤翔郡，唐军向关中的第二次反击开始了。在此之前，出使回纥借兵的敦煌郡王李承寀也获得了成功，回纥葛勒可汗将毗伽公主嫁给李承寀和亲，然后出兵南下与朔方的郭子仪军会合。唐回联军一起击垮了招诱河曲九府与六胡州（黄河“几”字大拐弯地区，今宁夏北部与内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林一带）各部、企图割据一方的叛胡阿史那从礼部，杀敌三万余，俘虏一万，河曲皆平。消除了后顾之忧后，朔方军按既定方案南下，正月二十八日，郭子仪派间谍潜入位于黄河东岸河东郡（治今山西省永济市），与陷在燕军中担任伪职的原唐朝官员取得了联系，在河东的司户韩旻、赵复等官员虽被燕军俘虏，但仍然心念唐室，他们约定唐军进攻之时，作为内应。郭子仪分兵两路，一路由他亲自率领，从洛交郡进逼河东郡，另一支大军向冯翊郡开进。
二月十一日夜，郭子仪率领的唐军逼近河东郡，韩旻等人见时机成熟，翻出城墙来迎接唐军。猝不及防的燕军大败，被杀死近千人，守将崔乾佑从城上縋下而逃，才逃脱一死。逃进城北燕军大营的崔乾祐组织兵力发起反扑，郭子仪率军迎击，斩首四千级、俘虏五千人而回。崔乾佑率残兵一路逃到安邑（今山西省运城市东北安邑镇），安邑军民大开城门迎接，可燕军刚进去一半时城门突然关闭，把燕军截成两段，安邑军民发起突袭，将进入城中的燕军全部杀死。崔乾佑恰好随在后队，还未进城，才侥幸逃过一劫。他见状急忙再次逃走，经白迳岭逃往陕郡。唐军遂收复河东郡。
而在东线，由平卢南下的唐军也克复了河北的平原郡与乐安郡，原来平卢节度使刘正臣袭击范阳郡铩羽而归后被安东都督王玄志毒死，王玄志自任留后——唐朝藩镇将领杀主自立也从此开始——之后王玄志又联合大将侯希逸，斩杀了燕军任命的平卢节度使徐归道，然后派将领董秦（后被唐廷赐名李忠臣），率军三千乘苇筏由雍奴（今天津市武清区）渡渤海南下，来到河北，会同大将田神功攻克平原、乐安二郡，打开了河北的缺口。王玄志被追认为平卢节度使，董秦也被任命为平原郡郡守。形势一时对唐军颇为有利。
肃宗抵达凤翔后不久，陇右、河西、安西、北庭及西域诸国的援兵陆续来到，其总兵力已达到二十至三十万，与关中的燕军相比形成二比一的数量优势；江淮地区上缴的赋税物资也经长江—汉水陆续运抵洋川（今陕西省洋县）与汉中（今陕西省汉中市）——原来起兵造反的永王李璘已败于丹阳与新丰（今江苏省武进县境内）之间。至德二载（公元757年）年初，当高适、来瑱、韦陟三节度使在安陆会师的时候，永王李璘已经抵达长江下游的当涂（今安徽省当涂县），距离广陵不远了。二月，李璘大军已至江南丹阳郡，准备渡江。二十日，判官评事裴戎为迷惑李璘，在江北瓜步洲（今江苏省六合县东南）作疑兵之计，广树旗帜、大阅士兵。李璘登上城墙远望，面有惧色。朝廷对叛军将领的策反也开始起作用，韦陟暗中上奏肃宗，对李璘手下的郎将季广琛许以高官厚禄，答应他一旦反正，即可授予丹阳太守兼御史中丞之职。季广琛心有所动，又预感到永王的形势不妙，于是对诸将道：“诸公随从永王难道想造反么？太上皇流离转徙，道路不通，而诸子中没有比永王更为贤能的。如果总领江淮精锐之兵，直驱雍、洛，大功可成。现在不戮力报国，却让我等名列叛逆，若死于交战，便永为逆臣矣，不如乘兵锋未交，早谋出路。”众人于是割臂为盟，同意反正。当日，众将便带领手下步兵逃奔广陵去了。到了晚上，河北招讨判官、司虞郎中李铣又在江对岸列阵，让士兵每人都点燃两炬火把，火影倒映水中，一变为二。李璘手下兵将看到水中乱影，都以为对岸人多势众，心中大为恐惧。李璘军中也有人举火把回应，李璘怀疑朝廷兵马已经渡江，急忙带着儿女和部下趁夜逃走。到了天亮后才发觉有诈，又返回城中收集残余兵将，乘船东下。这一来一去耽误了时间，这时广陵太守李成式已发兵抵达新丰拦截，李璘军一战而溃。李成式一面率兵追击，一面下令招降，永王叛党顿时四散瓦解，李璘溃走鄱阳，鄱阳司马闭城不纳。李璘大怒，放火烧毁城门，夺取了府库里的兵器后想要顺赣江而上，经大庾岭逃往岭南，最后被江西采访使皇甫侁追上擒杀。江南已定后，唐朝江淮赋税得以不受阻碍的源源不断补给西北关中，为平定叛乱提供了物质保障。
永王之乱
长安城中的百姓民听说皇帝御驾已到，也都纷纷脱离燕军，脱身投奔凤翔而来，日夜络绎不绝。杜甫也在此时逃离长安，投奔了肃宗。唐军集结完毕后，李泌认为反攻条件已经具备，遂向肃宗建议依照之前对策，派遣安西与西域之兵沿西北要塞向东北出击，自妫川郡、密云郡，南下夺取燕军老巢范阳。肃宗问道：“现今大军已经到齐，钱粮物资也都运至，长安近在眼前，正应趁着士气高涨，直捣两京腹心。如今先生却要跋涉数千里，远至东北边塞去夺取范阳，这岂不是舍近求远？”李泌答道：“以我军现有兵力，直捣长安，收复两京，原是易事。但反贼势力收缩则会由弱转强，我军必将再陷困境，非久安之策。”肃宗不解其意，李泌解释道：“我军所依仗之主力，都是西北边军及蕃兵，耐寒畏暑。现在以其新来之锐气，攻击叛军疲惫之师，长安必克。然而气候已经转暖，若叛军残兵败将逃归北方巢穴固守。关东（指潼关以东）一带更是炎热，我军士兵不能适应，必定渴望早日班师，归心一动，必定不可遏制。叛贼休养士卒，秣兵历马，等到我军西归，定会再度南下，如此一来，战事将有反复。不如先遣军向北寒之地，扫荡反贼巢穴，反贼无家可归，局促在河南，定可彻底铲除。”李泌认为，唐军若把全部兵力集中在长安与洛阳方向，而没有南北方向上的战略配合，虽然能战胜叛军，但也只是将其打跑或击溃，不能歼灭其有生力量，会给对方重整旗鼓、卷土重来的机会。但肃宗是在玄宗不知情的情况下登基称帝的，因此他急切的想要用战绩稳固自己帝位的合法性，结束“两个皇帝”的局面，而收复都城长安具有极强的政治意义，所以必须尽快实现，以防夜长梦多——永王李璘的挑战就是前车之鉴。加之李辅国与张良娣厌恶李泌，从中作梗，肃宗考虑再三，最后对李泌说道：“朕急切盼望收复京师，迎接太上皇回来奉养，不可能实行你的计划了。”政治上的考量压倒了军事战略，为了“先收平贼之功”、“以弹压天下”的肃宗以此为借口不听李泌之言，下令正面进攻长安。
李泌的战略计划
肃宗的计划是从东西两个方向夹击长安，东线郭子仪已夺取了位于长安与洛阳之间的河东郡，从这里进军潼关与陕郡，便可切断叛军占据的两京之间的联系，断长安叛军之后路，对其各个击破；西线唐军则趁机东进，与东线的郭子仪完成对长安叛军的合围。
二月中旬，唐关内节度使王思礼率军驻于武功（今陕西省武功西北），兵马使郭英乂驻于武功东原，大将王难得驻军西原。但西线唐军还未来得及出动，燕军安守忠部就在二月十九日主动出击了，燕军进攻驻扎在武功的唐军郭英乂部，郭英乂双颊被箭射穿，忍痛逃走，驻扎西原的王难得见前线溃败，不敢前去救援，也撤军而走。主将王思礼也只得败军至扶风。燕军骑兵前进至凤翔东五十里的太和关（今陕西省岐山县北），前锋游骑距凤翔郡只二十余里，肃宗所在凤翔震动，内外戒严，肃宗急召郭子仪从河东郡回援。
为了策应西线，牵制敌军，至德二载（公元757年）二月二十二日，东路的郭子仪派其子郭旰与兵马使李韶光、王祚等人，自河东郡渡黄河南下攻取潼关，夺取此要隘即可斩断长安与洛阳的联系，对长安形成合围之势。唐军杀敌五百，略有小胜。在接下来的交战中，双方互有胜负。见潼关要塞已失，安庆绪急令燕军大将安守忠率优势兵力反扑，这次是郭旰战败，立足未稳的唐军被斩杀万余人，兵马使李韶光、王祚战死，左武峰使仆固怀恩抱着马头才得以渡过渭水，再从陕西地界渡过黄河逃回河东郡。三月下旬，安守忠趁胜反击河东。郭子仪亲自指挥战斗，击退了安守忠，斩获首级八千、俘虏五千，但其子郭旰在随后夺取安守忠驻守的永丰仓时战死，经过激战，最终永丰仓被唐军夺下，潼关与陕郡之间的道路被打通了。
但此时求胜心切的肃宗顾不得在东线扩大战果了，他于四月任命郭子仪为司空，关内、河东兵马副元帅，令其再次组织兵马进攻长安。
四月三十日，李归仁率军在三原（今陕西省三原县东北）北郊率五千重装骑兵向由河东调往长安的郭子仪部发起狙击。为保护侧翼，郭子仪令仆固怀恩、王仲升等将在白渠留运桥（今陕西省三原县东南）设伏反攻，几乎全歼李军。燕军的重装骑兵人马虽有全副盔甲护身，但却十分笨重，打胜了追不上逃跑之敌，打败了又无法逃脱对手的追击，这次是李归仁跳到水里才得以逃走。唐军得胜后，郭子仪与王思礼在西渭桥（即便桥，今陕西省咸阳市西南，是长安渭河三桥中最靠西的一座）会师，进屯沣水（渭水支流）以西。由于郭子仪主力自河东西调，长安的燕军已无后顾之忧，安守忠、李归仁等部屯于长安西南的清渠（今陕西西安三桥镇附近）左岸防御。双方皆不能进，一连对峙七天，到了五月六日，安守忠使出诱敌之计，假装后退，郭子仪全军追击。燕军骑兵用敢死队九千人依山背水结成一字长蛇阵，唐军冒进猛攻，进入蛇阵腹中，不料长蛇阵头尾霎时变为左右两翼，向唐军前后夹击。唐军不能相顾，大败而逃，军械物资全部抛弃才撤退到武功固守，肃宗驻地凤翔再次大为震动，不得不再次戒严。经此一役，郭子仪深感燕军的战斗力仍然十分强大，便劝肃宗向北方的回纥汗国求援，请他们派来比燕军更为精锐的骑兵相助。
唐军在关中反击受挫之际，其他战场形势也开始对唐朝颇为不利：至德元载（公元756年）四月，安禄山大将武令珣、毕思琛等引兵攻叶县，叛军从滍水上游渡河，侧击鲁炅军，并在唐军营西乘风纵火烧烟、飞箭如雨。唐军士兵被熏得坐立不安，全线崩溃败退，山南东道节度使鲁炅不敌燕军，自叶县突围而走，退守南阳。燕军追至，于五月起开始围困南阳，若拿下此地，燕军就能南下江汉截断唐军运道，西进武关绕道进攻关中。但鲁炅固守不出，燕军屡攻不下，叛军图谋未能得逞。期间潼关失守，降敌的唐军统帅哥舒翰写信招降原为其部下的鲁炅，也被拒绝。安禄山遂命田承嗣率军会合武令珣军猛攻城池，唐军两次来援皆被燕军击败。至至德二载（公元757年）四月，鲁炅固守南阳郡已将近一年，城中粮食吃完，只得煮牛皮充饥，每斗米价值四五万钱——但也是有价无米。邻近的襄阳郡担心叛军拦截，也不敢援助南阳。最后南阳城中连一只老鼠都价值四百钱，城中居民饿死者不计其数，尸首堆积如同小山。
这时唐肃宗派来的宦官曹日昇前来南阳劳军慰问，曹日昇行至襄阳时见南阳被围，于是想要单骑冲进南阳城中传达肃宗的旨意。但襄阳太守魏仲犀怕出意外，劝曹日昇留在襄阳。这时恰好颜真卿从河北逃出，到达襄阳，他得知后义正言辞的反对道：“曹将军既然勇敢果断，愿冒险前去，魏太守你又为何要阻挡？即使被俘，也不过是损失了一名使者；若果进得城去，必能稳定人心。”于是曹日昇率十骑精兵冲进城去，叛军见其勇猛异常，也不敢阻挡。城中守军正值绝望之际，忽见朝廷使者到来，大为欣喜鼓舞，士气大振。曹日昇又赴襄阳筹粮并设法运进城中，使鲁炅又坚守了三个月。
鲁炅守南阳
但由于苦战日久，南阳再次断粮，周围数百里由于战火摧残，村邑萧条，全无烟火，已无法固守，五月十五日夜，鲁炅率残余守军数千人乘夜黑之时突围而出，边战边退，投奔襄阳郡而去。燕军田承嗣派军追击，与鲁炅缠斗两天，始终无法取胜，只得撤军而回，鲁炅终于抵达襄阳。襄阳为唐军江淮财赋运道之腰，之前燕军计划南下江汉，截断此粮道，全靠鲁炅扼守南阳一年之久，赢得屏障江汉之功，湖北才得以保全，唐朝江淮租赋由江汉运往关中的通道才畅通无阻。此番南阳沦陷，江汉转运江淮租赋的交通大受威胁。同时尹子奇围攻张巡益急，睢阳垂危，颍川郡也被围困，敌军已威胁江淮；六月七日，燕军田乾真部包围安邑，攻打不下，这时在陕郡的燕军守将杨务钦密谋归唐，河东郡太守马承光派军接应，杨务钦诛杀了城中不愿反正的燕军官兵，翻出城墙投降唐军。田乾真慌忙解除安邑之围，撤军退走。但由于没有足够援兵，陕郡于七月十一日被叛军大将安武臣攻破屠城，杨务钦战死；在河东道，唐将程千里被燕将蔡希德围于上党郡，燕军屡次进攻，都被程千里击败。九月，燕军大将蔡希德再次包围上党郡。守将程千里率骑兵百名出城突击，想要生擒蔡希德。这时燕军救兵赶到，程千里急忙撤退，壕沟上的吊桥突然坍塌，程千里坠入壕沟，反而被蔡希德生擒。程千里被擒后抬头告诉随从他的骑兵道：“我不幸被擒乃是天意。回去转告各位将军，好生守城，宁可失掉主帅，不可失掉城池！”蔡希德虽生擒程千里，并将其押赴洛阳，却始终攻不下上党郡，只得继续围城。唐军若再攻不下长安，形势必将岌岌可危。
闰八月二十三日，肃宗在凤翔慰劳准备出征的诸将，对郭子仪说道：“是否成功，在此一举了！”唐军已经经不起失败了。郭子仪也悲壮的答道：“此行不成，臣必死之。”准备破釜沉舟，率军做最后一搏。
二十六日，唐军崔光远部破贼于骆谷，接着在中渭桥击败守桥的燕军千余人，乘胜前进到长安禁苑的大门。驻防武功的燕军得知后慌忙逃回长安。在此之前的七月，河南节度使贺兰进明，攻克高密（治今山东省诸城市）、琅邪（治今山东省临沂市）二郡，形势开始好转。而另一个好消息也很快传来了，回纥人的援兵到了！
回纥是漠北铁勒部的一支，是现代维吾尔族的直系祖先。唐朝初年，回纥一直臣属于蒙古高原上的东突厥。天宝三年（公元743年），在唐朝的助攻下，回纥灭掉了东突厥汗国，统一了漠北，回纥首领骨力裴罗自立为可汗，建王庭（牙帐）于鄂尔浑河流域，建立了回纥汗国。这时回纥控制的地区，东起今额尔古纳河，西至今伊犁河流域，南控大漠，势力日益强盛，已成为蒙古高原的新霸主。得到唐朝请求派兵帮助平乱的请求后，当时的回纥汗国葛勒可汗（公元747年—759年在位）于九月遣其子亲王叶护（叶护为回纥最高大臣的称谓）率四千精锐抵达凤翔郡，前来助战，肃宗大摆宴席慰劳。身兼天下兵马大元帅、广平王的太子李俶还特意与叶护结拜为兄弟。大军到达扶风，郭子仪设酒宴要招待他们三天，回纥亲王道：“现今朝廷有难，我们远来助战，怎能只顾吃喝？”于是在宴会结束后立即开拨。各路大军共十五万，号称二十万，也于九月二十五同时出发，开往前线，开始对长安的第三次进攻。
九月二十七日，唐朝大军抵达长安西郊，在香积寺（今陕西省西安西南）之北、沣水之东安营扎寨。这次唐军选择从渭水南岸发起反攻，若有不利，这里南北流向的诸多支流潏水、沣水、涝水可以迟滞敌军剽悍的骑兵。安西节度副使李嗣业率安西、北庭军与来助战的于阗、阿拉伯等客军组成前军，兵马副元帅郭子仪率朔方军做为中军，关内道节度使王思礼为后军，组成三道阵线，结阵横亘三十里。燕军十万大军则在北面布阵，由大将李归仁作为前锋出营挑战，被唐军击败。但当燕军精锐骑兵全体出击时，唐军抵挡不住，纷纷向后撤退，燕军乘机追击，争先恐后的直扑唐军后方，抢夺唐军辎重。唐军大为惊骇，阵脚大乱。身长七尺、被誉为“神通大将”的前锋主将李嗣业大声喊道：“今天若不以身挡贼，全军覆没矣！”说罢脱掉铠甲、赤膊上身，手拿长刀站在阵前大声呼喊，奋勇向前，凡被他砍到的都血肉横飞、人马俱碎！击斩数十人后唐军才稳住阵脚。李嗣业率领前军两千士卒，手拿陌刀排成一列，组成人墙向前挺进，克制住了敌军的骑兵冲击。凤翔都知兵马使王难得被箭射中眉骨，眼皮下垂，遮住眼睛，王难得不顾疼痛，拔下箭矢，扯去碍事的眼皮，血流满面的继续与敌军作战。唐军将领奋不顾身、身先士卒的精神使得全军士气大振，于是大军所向，无坚不摧。但随着唐军的向前推进，他们已逐步走出了己方的阵地，将落入燕军布置好的陷阱——就在双方激战之际，燕军已在营阵之东埋伏下精锐骑兵，打算偷袭包抄唐军背后。但郭子仪没有重蹈哥舒翰的覆辙，唐军派出的斥候侦察到敌军有伏兵后，处于第二线的郭子仪立即先发制人，他派出朔方左兵马使仆固怀恩率四千回纥骑兵偷袭埋伏的燕军，精锐的回纥骑兵弥补了唐军的短板，他们如风卷残云一般，将燕军伏兵全歼。已无预备队的燕军士气大沮。战至正午，李嗣业部穿透敌军阵营，与以其人之道还治其人之身、率军迂回到燕军背后的回纥兵会合，表里夹击。这场大唐精锐西北朔方、安西军与东北范阳、平卢军的对决从中午十二时一直血战到下午六时，最终前者在回纥兵的加持下取得了胜利，燕军陷在壕沟中跌死、压死的不计其数，一共被斩首六万级，残兵败将逃入长安城，直到夜晚时分，喊叫喧哗声都没有停止。
仆固怀恩见状，禀告主帅李俶道：“反贼大败，今夜必定弃城而走，请元帅下令以二百骑兵追击，擒获贼军主将。”广平王李俶认为唐军激战整日，已是疲敝不堪，暂且休息，待到明早再说。仆固怀恩坚持道：“所谓兵贵神速，应乘叛军丧胆之际率骑兵追击，不使其有喘息之机。李归仁和安守忠都是骁勇善战之将，务必乘胜将他们擒获，以防其东山再起。否则即使我军夺回长安，只要两人逃走了，一旦其重整军队、死灰复燃，依然为我军心腹之患也。”没有军事经验的李俶不听，命他回营休息。仆固怀恩认为穷寇宜追，坚持己见，回营后又折返御帐请求追击，一夜之间往来四五次，李俶坚持不允。直到黎明才接到情报：安守忠、李归仁与长安留守张通儒、京兆尹田乾真等果然已放弃长安东逃了。
九月二十八日，唐军开进了久违的都城西京长安，这时距叛军入据长安已经过去一年零三个月了。
最初，肃宗急于收复京师以树立自己的权威，于是邀请回纥兵前来助战，但此时唐廷已穷得捉襟见肘，甚至一度靠滥发爵位来维持士气，哪里还有钱财支付回纥骑兵的报酬呢？于是朝廷想出了一个法子，到叛军占领区去抢。肃宗承诺克复长安之日，土地和男子归唐朝所有，金银财宝和妇女都送给回纥人。但长安在玄宗西逃后已被叛军抢掠了一番，京师百姓正翘首以盼，希望官军回来，若此时纵容回纥再次抢掠，必然使得唐廷失去民心。于是当回纥亲王叶护要求履行肃宗的承诺时，广平王李俶连忙赶到叶护的马前，卑躬屈膝的低头拱手行礼道：“现今刚收复西京，若立即抢掠财宝、掳掠妇女，东京洛阳的百姓必然恐惧，就会替反贼固守城池，恐怕那时就不易攻取了。请改到收复洛阳后再予兑现吧。”叶护看到皇子亲自下拜，也大吃一惊，从马背上跳下来回礼，说道：“我愿为殿下改到东京再履行承诺。”遂会同仆固怀恩一起率联军从长安南郊绕道而过，驻扎在了城外的铲水东面。长安城中避免了一次洗劫之灾，百姓、军士都称赞扬李俶“真华夷之主也”。
捷报传到凤翔，肃宗得知后也高兴地称赞道：“朕不及广平王也。”李俶整军进入长安时，城中男女老幼都在道路两旁欢呼：“没想到今日还能复见唐军啊！”许多人悲喜交集、涕泪齐流。李俶停留休整了三天后才率大军出城，命从河南调回中央的虢王李巨留守长安，自己准备东征洛阳。
此前居于二线的唐朔方军以主力直趋潼关，另一部进击武关（今陕西丹凤东南），准备迂回合击洛阳。郭子仪追击溃败东逃的燕军直到潼关，歼灭五千余人，乘胜接连攻克华阴（治今陕西省华县）、弘农（治今河南省灵宝）二郡。十月初八，唐军王难得的兴平军又败燕军于武关，收复上洛郡（治今陕西省商州），打通了长安与襄阳的联系。燕军张通儒部集结残兵，退守陕郡。为阻挡唐军东进，安庆绪又从洛阳发主力来援，大军合兵共十五万，与唐军相当，由御史大夫严庄统率。
十月十五日，广平王李俶率唐军比燕军抢先一步，通过了险要的函谷道，抵达曲沃（今河南省三门峡市西南曲沃镇）。郭子仪大军与燕军在陕郡以西的新店（今河南省三门峡市西南）遭遇，燕军依南山（崤山）筑阵，气势颇盛，为了引诱唐军出战，他们派出小队轻骑兵多次出阵挑战。郭子仪击退多次袭扰后，令大军出击，燕军顺着山势俯冲而下，张两翼包抄，爬上山坡仰攻的唐军不能取胜，纷纷后退，被逐下山来。唐军原计划是郭子仪大军在正面牵制，李嗣业的安西军与回纥兵登山绕至敌人背后夹攻，但后者在山中迂回时遭遇了燕军的伏兵小分队，双方展开激战，错过了约定的时限。此时的前线，乘胜追赶的燕军分兵三千人从左翼迂回，准备截断郭子仪军的归路。这令朔方军大为惊慌，许多人甚至想调头逃跑。郭子仪不得不祭出军中的部分回纥兵救急，将企图围抄唐军后路的骑兵全部歼灭，这才稳住了军心。这时在燕军身后突然卷起了漫天尘土，遮天尘土中突然射出十余箭，燕军大为惊慌，原来是迂回的回纥兵已击溃对手，从南山突袭燕军背后，在香积寺一战中领教过回纥骑兵实力的燕军士卒相顾惊骇惊叫道：“回纥人来了！”于是刹那间全军崩溃，争相逃命。回纥兵快马如风，与唐军前后夹击，燕军尸首遍布原野，严庄与张通儒等人放弃陕郡，向东狼狈逃窜，从陕郡至洛阳途中都是燕军丢弃的铠甲、兵器……
逃回洛阳的严庄向安庆绪报告战败消息，强调回纥兵强悍，难以抵挡。安庆绪意识到洛阳无险可守，大势已不可为，因为燕军的精锐骑兵多来自突厥、同罗等部族，他们或为利益所诱惑，或是蒙古高原逐鹿中战败的流亡者，自然不是漠北争霸战中胜利者回纥的对手。安庆绪于十六日夜间率文武百官与少量部队从皇家林苑大门出城，放弃洛阳向黄河以北逃窜，临走时下令将所俘虏的唐将哥舒翰、程千里、许远等人全部杀死。两天后，广平王李俶进入东京洛阳，此时距唐军收复长安不过二十天——自封常清丢失洛阳始，至此共一年零十个月。
收复长安时，李俶为稳定民心，曾请求回纥亲王到了洛阳再兑现随意抢掠的诺言。现在已收复洛阳，回纥人纵兵到处抢掠财物，仍不满意，李俶赶忙让洛阳士绅征收绸缎一万匹贿赂回纥人，稍减百姓之苦，这才作罢。十一月，在回纥人要离开时，肃宗为答谢回纥，又封叶护为司空、忠义王，并答应每年都赠予回纥人二万匹绢。
十月二十一日，郭子仪派左兵马使张用济、右武锋使浑释之统军攻取河阳郡（治今河南省孟州县）与河内郡（治今河南省沁阳市），安庆绪的宰相严庄也投降了唐军。这时陈留郡军民诛杀安庆绪任命的河南节度使尹子奇——这时距尹子奇攻陷睢阳郡仅仅过了十三天——献出城池归降唐朝。燕军大将田承嗣把淮南西道节度使来瑱围困在颍川郡，却屡攻不下，得知洛阳失守，也派人向唐军接洽投降。但郭子仪反应迟缓，田承嗣心生反悔，会同另一将领武令珣，一起逃回河北投奔安庆绪而去。其他燕国大将李归仁、阿史那承庆等人及曳落河、同罗兵数万人皆溃散逃走，有的降唐，有的归安庆绪，有的投奔范阳史思明……
安庆绪逃到黄河以北的邺郡后听闻李光弼在井陉，不敢北去，于是将邺郡改名成安府，定为都城，改年号天成，继续与唐朝对抗。此时跟随他的骑兵不过三百人，步兵仅一千人。燕将阿史那承庆等四散逃亡，分别投奔常山郡、赵郡、范阳郡而去。这次是由于唐军反应迟缓，未能追击。过了十天左右，蔡希德从上党郡、田承嗣从颍川郡、武令珣从南阳郡，各率部队前来投奔会合。同时又向河北各郡招兵买马，不久又纠合起六万之众，燕军这才声势复振。
十月二十三日，肃宗李亨进入西京，回到了长安，百姓出城欢迎，接连二十里，人潮不断，高呼万岁，有的甚至痛哭流涕。十一月，唐河南节度使张镐与鲁炅、来瑱、李嗣业、李奂、李袛等将也分兵略地，迅速收复了河南、河东两地诸郡县，只有燕军将领能元皓据守北海郡，高秀岩据守云中郡，不肯投降。
在唐军的节节胜利之下，燕军已呈土崩瓦解之势。但大好局面被白白浪费掉了，肃宗在收复长安与洛阳后，忙于大封功臣，整修宫殿，又大肆追究惩处降敌的伪官，没有乘胜追击，犯了与燕军攻陷长安后没有追击同样的战略错误，这给了安庆绪以喘息之机，使叛军得以重整旗鼓、收拾残部，最终东山再起。
在收复长安的当天，肃宗就遣使往成都向其父玄宗报捷，并准备迎接太上皇回京。虽然玄宗在李亨灵武即位后也承认了其继位的合法性，但回京后的玄宗是否甘心做个毫无实权的太上皇呢？为了此事，肃宗放心不下的以骏马急召随军进入长安的李泌前来商议。见了李泌，肃宗征求意见道：“我已上表太上皇，请他还京，继续做皇帝，我回东宫仍当太子”——表面上看这是做儿子的一番好意，实际上却是肃宗在试探自己老子，看其是否真的愿意放弃权力和地位。李密听了道：“陛下的上表可以追回来吗？”肃宗答道：“使者已经走远了。”李泌立即道：“那太上皇不会回来了。”肃宗惊问其故，李泌道：“理势自然”，意思就是：道理是明摆着的嘛。
肃宗李亨前半生一直生活在父亲玄宗的阴影之中，连太子也当的十分憋屈，由于李林甫与杨国忠一次次图谋陷害太子、变易储君，以至于的心惊胆战的李亨过早的熬白了头发。玄宗虽然无意废黜李亨的太子之位，但为了平衡太子的势力，也默许宰相一次次的攻击太子作为敲打，目的是让其不要有“提前接班”的非分之想。在前半生如履薄冰的李亨现在荣登大宝，自然对此前的境遇心存怨恨，而且他也时刻警惕着父亲卷土重来的复辟可能，父子之间心存芥蒂，只是都未捅破而已。
因此李泌断定玄宗也害怕儿子记仇，不敢回京重新当皇帝，即使肃宗愿意还政，他身边的从龙功臣也不会答应的，肃宗的上表简直是把太上皇放在火上烤。于是李泌提议重写奏表，换个说法，即以群臣的名义上表请太上皇回銮。他的言下之意是玄宗畏敌而逃、丢失京师，已失去了进取之心；肃宗于危难之际，反攻破敌、重安社稷，收复了京师，立有大功，帝位自然是有功者居之。况且玄宗也承认了肃宗继位为帝，岂能自食其言？于是肃宗接受建议，由李泌执笔起草，不以肃宗的名义，而是以“文武群臣贺表”的形式和名义再次上奏玄宗，请其返京。
正如李泌所料，玄宗接到肃宗的奏表，也知道儿子疑心自己，偌大的许诺只是为了“骗”自己回去而已，若答应回京，岂不是表明自己有意去与儿子争夺帝位？彷徨不安的他思前想后，让使者带话回长安道：“还是把剑南道划拨给我吧”，表示要在此地养老，不愿再回长安了。但又顾虑自己不回长安留在蜀地，岂不是将“父子矛盾”公之于众？而且还会被儿子怀疑想要“另立中央”？于是玄宗坐立不安，连饭都吃不下。这时第二波使者又到了，李泌在奏表中声称：马嵬分离之后，肃宗是在群臣的劝进之下“不得已”才于灵武即位；现今收复京师、成就大功（暗示肃宗有这个资格坐皇帝之位），皇上思念父亲，请玄宗返京，以尽为子的孝道。李泌在表中只言父子之情，不谈君臣之分。暗示只要玄宗不参与政治，即可安享晚年……玄宗看了之后，这才放心大喜，命众人定日启程回京——父子之间的猜忌之心暂时缓解了。
十月二十三日，就在肃宗回到大明宫的这一天，在剑南避难一年之久的太上皇李隆基也启程从蜀郡返京，十一月二十二日，他带着护驾随从六百余人，抵达了凤翔郡，为了“示好”，玄宗特意命令士兵将兵器甲胄全都交给凤翔府库。谁料儿子却给他的老爸来了个“下马威”，肃宗令李辅国率精锐骑兵三千人西上迎驾，替换了玄宗的随从，将玄宗身旁的士兵统统换成了自己的人。
十二月三日，玄宗抵达咸阳，肃宗带领车马仪仗亲自前去望贤宫迎接。到了望贤宫南楼，肃宗李亨脱下皇帝的黄袍，改穿上大臣所穿的紫袍，下马慢跑到楼前拜舞。玄宗下楼抚摸着李亨，感慨万千，忍不住哭泣流泪。李亨捧着玄宗的双脚，也是呜咽哭泣，不能自制。玄宗命人取来黄袍亲自与李亨穿上。李亨匍匐在地一再叩头推辞。玄宗道：“民心天意都归属于你，使我能够安享余年，就是你的孝心了。”李亨不得已才表示接受，半推半就的穿上了黄袍。当地父老百姓在路旁观看，大声欢呼叩头。上殿时双方又是一番推辞，太上皇不肯居于正殿，于是皇帝亲自扶他登殿，吃饭时也是肃宗先行品尝，表示没有事后再送给太上皇吃。总之一派父慈子孝的祥和气氛。表演完了这场父子相见、互相推让的短剧的第二天，从行宫出发回京的时候，李亨又特意扶玄宗上马，并要亲自为其牵马。玄宗不许，李亨这才上马在前面引路，不过他不走正中，而是走在一边，把中间的驰道让给父亲。“梨园之祖”玄宗也“演技精湛”，他高兴地对左右侍从说道：“我当天子五十年，算不上什么尊贵；今日当天子之父，才是真正的尊贵！”当然，玄宗也清楚自己今后要在儿子手下讨生活了，这言不由衷、表示自己已经十分满足的话显然是说给儿子听的……
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