朝廷怕郭子仪、李光弼功高震主，拥兵自重，便不立主帅，而任用宦官鱼朝恩为观军容宣慰使监军。李光弼等数名唐将率先头部队与叛军接战时，突然狂风大作，飞沙扬石，遮天蔽日，树连根拔起，白昼如同黑夜，对面不分物色。唐军溃乱，向南逃奔。与郭子仪的后继唐军自相践踏，辎械满野，尸横遍地。叛军转危为安。相州兵溃，各节度使引军而退，溃逃路上剽掠百姓，只有李光弼和王思礼的军队没有溃散，整军而还。朝廷把郭子仪召回长安，任命李光弼代郭子仪为天下兵马元帅。乾元二年(759)七月，根据李光弼的请求，朝廷任命赵王李係为天下兵马元帅，李光弼为太尉、副元帅，因为元帅是亲王遥领，李光弼是实际上的全军最高指挥。史思明杀安庆绪，自立为帝，率兵出范阳南下，攻克汴州，而后向西进军。李光弼观贼势不可挡，弃洛阳而退守河阳，史思明得洛阳空城，因而不能住，驻扎白马寺附近，南边控制不过百里。
四、宦官掣肘，邙山之战失利
因为李光弼驻守河阳，敌人不敢西向进攻长安。十月，敌人进攻河阳，李光弼大破敌军，杀敌五千多人，俘虏五百余人，敌人大半淹死在黄河里。经河阳苦战，敌人败走。李光弼进军怀州。史思明派来救兵，李光弼迎击于黄河边，又大败史思明的援军。敌将安太清固守怀州，李光弼攻打一个多月没有攻下。李光弼命仆固怀恩、郝玉从地道入城，得到敌人的号令，登上陴城高呼，城外的官军奋勇登城，于是攻克怀州，活捉敌将安太清、周挚、杨希文等，押送到长安。朝廷封李光弼为临淮郡王，累加实封至一千五百户。
观军容使鱼朝恩一再向朝廷上言，说消灭敌人的时机已经来临，朝廷催促李光弼尽快收复东都。李光弼一再上表，说：“敌人尚有实力，请等待时机出兵，不可轻举妄动。”仆固怀恩想败坏李光弼的战功，附和鱼朝恩，也说与敌人决战的时机已经到了，因此朝廷一再派来中使促战，李光弼无可奈何，只好进军，在北邙山下布阵。叛军擅长野战，出城对阵，官军不如叛军。敌人集中全部精锐的兵力接战，官军大败，军资器械全部被敌人缴获，这时李抱玉也丢掉了河阳，李光弼渡过黄河保守闻喜县。朝廷认为战败是由于李光弼与仆固怀恩意见不一致造成的，下诏征李光弼入朝，仍对李光弼进行表彰。
五、出镇临淮，令名不全
李光弼到长安，上表请朝廷处罪，肃宗下诏免罪。李光弼又恳切地辞掉太尉之职，朝廷虽然听从了他的意见，但又任命他为开府仪同三司、侍中、河南尹、行营节度使等职务。
不久又恢复了他的太尉之职，让他担任河南、淮南、山南东道、荆南等副元帅，出镇临淮。史朝义乘邙山之胜，进犯申州、光州等十三州，并亲自率精锐骑兵包围宋州。面对敌人的疯狂反扑，李光弼手下将士都感到畏惧，请李光弼放弃河南各地，南保扬州。李光弼没有听从这种建议，他直接赶到徐州督战，派田神功击败敌人，史朝义退走。渐东发生袁晁领导的农民起义，声势很大。此时浙东百姓不堪忍受沉重的赋敛剥削，纷纷加入起义的队伍。李光弼将赴临淮，路上患病，让人抬着赴镇。监军使认为江淮地区正因袁晁起义而局势不稳，李光弼兵力很少，劝他进驻润州以避开袁晁的兵锋。李光弼说：“朝廷把国家安危寄托给我，我不能畏敌不前。现在敌人虽然很强盛，但不知道我兵力多少，如果出其不意，敌人会不战自溃。”于是直接赶到泗州前线，李光弼分兵讨击袁晁各地兵马，各个击破，使江南安定下来。
田神功平刘展之乱后，逗留扬州，留恋当地风物，安于扬州生活，没有及时返回河南;尚衡和殷仲卿在兖州、郓州互相残杀;来瑱在襄阳不听调遣，这是当时朝廷最忧虑的几件事。及至李光弼带少量人马赶到徐州，田神功急忙引兵返回河南，尚衡、殷仲卿和来瑱都对李光弼心存畏惧，先后到长安朝见皇上。宝应元年(762)，李光弼进封临淮王，朝廷赐铁券，把他的肖像画在凌烟阁上，作为中兴名臣加以表彰。
李光弼在徐州，只是用兵打仗的事亲自裁决，其余事务全都交判官张傪处理，张傪处理官府事务非常干练，众多事务到他手里都像流水一样，区划分明，井井有条。各位将领有事汇报，李光弼大多让他们先与张傪商议。诸将像敬重李光弼一样敬重张傪，奉张傪之命行事一如服从李光弼的命令。徐州军中纪律严明，政务整然，东部地区迅速安定下来。田神功从一名裨将升任节度使，他辟请先前的节度使府中的僚佐在幕府里，例如判官刘位等人，都是颇有名望的人。田神功像接受那些武将们的拜礼一样，接受这些文职僚佐的拜礼。及至在徐州看到李光弼与判官张傪平礼交拜，很不明白。回来问刘位等人：“我看到李太尉跟张傪平礼交拜，这是什么礼数啊?”大家告诉他：“判官是幕宾，是节帅的僚友，节帅不应该接受他们的拜礼。” 田神功非常吃惊，作为道歉，他把刘位等人拜了一遍，说：“我行伍出身，不知礼仪，各位为什么不早说，使我犯下这样严重的过错!真是得罪诸位了。”从李光弼身上，人们看到，即便是那些武夫悍将，也可用礼仪加以感化，重要的是居上位的人要以身作则，守礼重法。
代宗广德初年(763)，吐蕃入寇长安近郊，代宗诏令天下各地兵马入援京师。由于与程元振有矛盾，李光弼害怕入京遭致陷害，所以拖延日期，没有奉命。十月，吐蕃的军队进犯长安，代宗驾幸陕州。朝廷把抗击吐蕃的希望寄托于李光弼的入援，担心因此造成误会和嫌隙，因此多次下诏问候李光弼的母亲，但李光弼对朝廷的险恶心存畏惧，始终没有奉命进兵，使朝廷很感失望。吐蕃退兵以后，朝廷任命李光弼为东都留守，以考察李光弼对朝廷的态度。李光弼知道朝廷的用意是夺其兵权，又担心一旦失去兵权，更成为程元振的俎上肉，始终借故推托，说他一直等待朝廷的敕命，但敕命久久未到，没有至东都赴任。他自己却到了徐州，想得到江淮的租赋供给自己的部队。代宗回到长安，一方面派中使到徐州慰问李光弼，传达朝廷对李光弼及其将士的关心。一方面设计把李光弼的母亲控制起来，当时李光弼的母亲在河中郡，朝廷命郭子仪把他的母亲秘密接到长安，作为控制李光弼的手段。李光弼的弟弟李光进本是禁卫军将领，和李辅国一起掌握禁军，朝廷一直把他看成心腹膀臂。现在朝廷把李光进调任为太子太保，兼御史大夫，封为凉国公，担任渭北节度使，解除了他禁卫军的兵权。但依然对他很器重，给他优厚的待遇。
