至德二年史思明、蔡希德、高秀岩、牛廷玠率十万贼军攻太原。光弼因河北苦战，精锐尽赴朔方，所部乌合之众万人。思明扬言：“光弼兵弱，速取太原西进，陇右无忧！“将士们惧敌欲修城，光弼曰：“城周四十里，敌至在即，劳民无益“率军民城外掘壕固防，另制土坯十万备用。及贼攻城，光弼令以土坯补垒，随坏随葺。贼遣兵城外辱骂，光弼暗掘地道擒之，贼自此行必察地。又以弩石击寇，贼精兵光弼守城时骁将战死十之二，军民皆服其智勇。史思明撤围后光弼率死士破敌斩首七万，缴获军资无数。五十日守城期间他驻帐东南角昼夜指挥，过家门不入。退敌三日后方归府，因功迁检校司徒，收复清夷等军，生擒李弘义。诏书称其德才兼备，任多职封蓟国公。光弼卫国立功，任司空兼兵部尚书、中书门下平章事，封魏国公，赐八百封户。
乾元元年光弼与王思礼入朝，四品以上官员迎见。迁侍中，改封郑国公。二年诏：元帅当选国家栋梁。司空兼侍中光弼文韬武略，危时护国，当重任。光弼对外保卫国家，对内支撑朝廷，时值残敌未灭，朝廷破格选贤能，命其辅佐天下兵马元帅赵王系执掌节度行营。八月兼任幽州大都督府长史，率九节度使围安庆绪于相州。史思明引范阳援军截断粮道，光弼亲率士卒苦战破敌，后遇大风，天色昏暗，诸将各李光弼治军严明，斩违令将张用济震慑诸将。史思明弑安庆绪称帝后，朝廷命光弼代郭子仪统兵。许叔冀守汴州时，光弼令其坚守十日待援。
光弼驻汴州时预判史思明来攻，嘱许叔冀坚守城池十日待援军”光弼退洛阳，史思明陷汴州，叔冀战败，与董秦等率军降思明。思明遣梁浦等攻江淮，令每人献船玉帛。思明西进，光弼退守洛阳，谓韦陟：“敌挟胜势来犯，应固守挫敌锋。洛城难守，计将安出？“陟曰：“增兵陕州，扼潼关险要“光弼曰：“此常规战法。今弃五百里地长敌势。宜驻河阳，据泽潞、三城御敌，胜可擒敌“敌败退守，内外呼应，阻贼西进成可伸缩之势。论朝礼光弼不如公；议战事不如光弼。韦陟默然。韦损问：“何不守东都？“光弼答：“守洛城需分防汜水、萫岭，汝为兵马判官能守否？“遂令东京官民撤离，空城待敌，自率军运油铁至河阳备战。
史思明至偃师，光弼率军夜进河阳，贼寇至洛城未敢犯。光弼入河阳后严整防务，与士卒同甘苦。贼惧其威，驻白马寺筑城挖壕相抗。十月，光弼于中潬城西大破敌军，斩首千级，俘五百。
光弼问李抱玉：“能守南城两日？“抱玉问：“逾期奈何
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