鄴城潰敗後，郭子儀被召回長安閒置，肅宗任命李光弼為朔方節度使、天下兵馬副元帥，主持河北、河南戰事。
此時，史思明已率叛軍主力南下，接連攻陷滑州、汴州，兵鋒直指洛陽——這座曾是大唐東都的繁華之城，再次麵臨淪陷危機。
李光弼抵達洛陽時，唐軍殘部僅萬餘人，且多為鄴城潰敗後收攏的散兵，士氣低落。
部將建議“退守潼關，憑險拒敵”，李光弼卻搖頭否決：“洛陽若失，叛軍可直逼長安，屆時人心大亂，更難收拾。
不如退守河陽，以黃河為屏障，與叛軍對峙，待時機再圖反擊。”
河陽位於洛陽以北、黃河之畔，是連接河北與河南的交通要衝，城內儲存著唐軍從洛陽轉移的糧草與兵器。
李光弼抵達後，立刻著手加固城防：他下令將黃河沿岸的民船儘數收繳，避免被叛軍利用；在河陽南城修築弩台，配備數百架床弩，可射殺百步外的敵軍；又在北城挖掘深壕，壕外設置鹿角（尖木柵欄），形成多層防禦體係。
同時，他親自巡視軍營，將自己的戰馬、盔甲賞賜給立功士兵，對著士兵們喊道：“叛軍雖眾，卻多為劫掠之徒。”
“我等為保家國，何懼死戰！”
士兵們見主將如此，士氣漸振。
乾元二年十月，史思明親率五萬叛軍抵達河陽城外，分兵三路。
一路攻南城，一路襲北城，另一路則試圖強渡黃河，截斷唐軍糧道。
叛軍先對南城發起猛攻，士兵們推著攻城車、架起雲梯，在箭雨掩護下衝向城牆。
李光弼坐鎮南城指揮，下令床弩齊發——床弩箭矢粗如長矛，一箭可穿透數名叛軍，叛軍前鋒瞬間倒下一片。
見強攻無果，史思明又派部將周摯率軍繞至北城，試圖從側麵突破。
北城守將李抱玉是李光弼麾下猛將，他見叛軍來勢洶洶，卻故意派人對周摯說：“我軍糧草已儘，明日便獻城投降。”
周摯信以為真，下令停止攻城，隻派少量士兵監視。
當晚，李抱玉卻率敢死隊悄悄出城，在叛軍大營外堆滿柴草，趁夜點燃。
大火燃起時，唐軍敢死隊手持長刀衝入營中，叛軍毫無防備，亂作一團，被斬殺數千人，周摯僅帶著殘部逃走。
史思明見兩路攻城皆敗，又下令強渡黃河。
李光弼早已在黃河岸邊設下伏兵，叛軍船隻剛駛至河中央，唐軍伏兵便點燃火船，順流而下。
火船撞向叛軍船隻，瞬間火光衝天，叛軍士兵或被燒死，或墜入黃河淹死，渡河計劃徹底破產。
此後，唐軍與叛軍在河陽對峙數月。史思明多次派兵襲擾，皆被李光弼擊退。
李光弼則趁機收攏周邊唐軍殘部，兵力逐漸恢複至兩萬餘人。
上元元年二月，李光弼見叛軍糧草漸儘，下令發起反擊。
他派部將仆固懷恩率軍夜襲叛軍糧營，燒毀叛軍糧草數萬石；又親率主力從南城出擊，與叛軍展開決戰。
叛軍因糧草短缺，士氣低落，抵擋不住唐軍猛攻，全線潰敗，史思明被迫率殘部退回鄴城。
河陽保衛戰的勝利，雖未能徹底扭轉戰局，卻為唐軍爭取了喘息之機，也暫時遏製了叛軍南下的勢頭。
此戰之後，李光弼威望大增，成為唐軍對抗叛軍的核心將領——但這場勝利的代價同樣沉重。
河陽周邊州縣因戰亂淪為廢墟，百姓流離失所，唐軍雖勝，卻仍無力收複河北失地。
河陽之戰後，唐軍與叛軍陷入短暫的對峙。
上元二年正月，肅宗李亨因急於平定叛亂，再次聽信宦官魚朝恩的讒言，強令李光弼出兵收複洛陽。
彼時，史思明已將叛軍主力集結於洛陽附近的邙山，兵力達六萬餘人，且修築了堅固的營壘。
李光弼認為，叛軍士氣雖不如前，但兵力仍占優勢，且營壘堅固，不宜倉促出戰，建議“先襲擾叛軍糧道，待其軍心渙散後再行決戰”。
可魚朝恩卻以“監軍”身份施壓，聲稱“陛下令你速戰速決，若再遷延，必治你罪”。
同時，魚朝恩還暗中拉攏仆固懷恩等將領，散布“李光弼怯戰”的謠言，動搖軍心。
李光弼無奈，隻能下令出兵。
上元二年二月，唐軍與叛軍在邙山展開決戰。李光弼原本製定了“誘敵深入、伏兵夾擊”的戰術：派仆固懷恩率軍出戰，佯裝敗退，將叛軍引入唐軍埋伏圈；自己則率主力在側翼待命，待叛軍進入埋伏圈後，再發起猛攻。
可戰鬥打響後，仆固懷恩卻違背軍令——他因不滿李光弼的節製，又受魚朝恩暗中唆使，竟率部直接衝向叛軍陣中，而非佯裝敗退。
叛軍見唐軍主動進攻，立刻展開反擊，仆固懷恩所部很快陷入重圍，士兵死傷慘重。
李光弼在側翼見局勢失控，急忙率主力出擊，試圖救援仆固懷恩，卻被叛軍主力纏住。
史思明見狀，立刻下令叛軍分兵兩路：一路繼續圍攻李光弼主力，另一路則繞至唐軍後方，突襲唐軍大營。
唐軍大營守軍較少，很快被叛軍攻破，營中糧草、兵器儘數被叛軍繳獲。
唐軍士兵見大營被破，軍心大亂，紛紛潰散。李光弼雖奮力抵抗，卻無法挽回敗局，隻能率殘部突圍，逃往聞喜。
邙山之戰，唐軍損失近三萬人，大量兵器、糧草被叛軍繳獲，河陽等地也再次落入叛軍手中。
此戰的慘敗，與鄴城之戰如出一轍——皆因宦官乾預軍事、將領不和導致。
戰後，魚朝恩再次將責任推給李光弼，向肅宗誣告“李光弼指揮不力”，肅宗雖未治李光弼罪，卻將其召回長安，改任李若幽為朔方節度使。