任左清道率，兼任安北都护，后任河西王忠嗣部下的兵马使。又任赤水军使。王忠嗣对他很好，即使老将都没人比得上。王忠嗣曾经说“：今后得到我的军队的人是李光弼。”不久，他继承父亲的封爵。后因打败吐蕃、吐谷浑的战功，升任云麾将军。朔方节度使安恩顺任命他为副使，任留后，喜爱他的才干，想将女儿嫁给他，他称病离职。陇右节度使哥舒翰欣赏他的节操，上奏让他回到了长安。

安禄山反叛了，郭子仪推荐他的才能，有诏任命为代理御史大夫，持符节任河东节度副大使，代行节度使权力，兼任云中太守。不久加封为魏郡太守、河北道采访使。李光弼率朔方军队五千人从土门出兵，向东援救常山，驻扎在真定，常山团练兵抓住叛军将领安思义归降。

从颜杲卿死后，常山郡成为战场，死尸遍地，李光弼祭奠哀悼他们，释放被叛军关押的人，给他们家送去丰厚的慰问品。

当时叛军将领史思明、李立节、蔡希德在进攻饶阳，李光弼得到了史忠义，没有杀他，却问他怎样抵敌，他回答说“：现唐军行军疲惫，遇敌抵挡不住，不如收兵守城，有胜利把握再出战。敌军攻击力强，但不能持久，再攻击他们就必胜。”李光弼说“：好。”就守城等待，第二天，史思明军队两万人攻城，李光弼的军队不能出城，就用硬弩手五百人射叛军，叛军退却了，转移到偏北处列阵。李光弼军出城在叛军南边，隔沱水列阵。史思明虽多次失败，但倚仗近处救兵，解鞍休息。

这天，攻饶阳的叛军五千人到了九门，李光弼探听到这事，率精兵，偃旗息鼓，乘叛军正吃饭时，突袭把叛军几乎杀光了。

史思明因害怕退兵了，暗中派军队切断了唐军的运粮路，马无草料，李光弼令将领率兵到行唐去运草料，叛军袭击抢夺草料，唐军依托门板抵抗，叛军夺不去。

遇上郭子仪复了云中，有诏命全军开出井陉，和李光弼会合在九门西边攻击叛军，史思明被打得大败脱身逃往赵郡，李立节被流箭射死了，蔡希德逃到了巨鹿。

收复了稿城等十个县，于是进攻赵郡。

有诏加封李光弼为范阳大都督府长史、范阳节度使。史思明从鼓城进入博陵，杀死了当地的官员。景城、河间、信都、清河、平原、博平六郡联合军队自卫，配合李光弼。李光弼猛攻赵郡，一天就攻克了它。兵将多掳掠，李光弼坐在谯门，收缴掳获的东西，全还给了居民，城中居民大喜。他又进军包围了博陵，没能攻克。又和郭子仪会合在嘉山进攻史思明，把他打得大败。李光弼认为范阳是叛贼巢穴，应先攻占，抄叛贼的老窝。但遇上潼关被攻破，就率军开回井陉。

唐肃宗登基，下诏命他率兵赶到灵武去，改任户部尚书、同中书门下平章事，所任节度职和过去一样。李光弼率景城、河间的五千军队进入太原。在这以前，节度使王承业军纪松弛混乱，侍御史崔众在太原统兵，常侮辱戏耍王承业，李光弼一向不满。到这时，有诏命崔众将军队交给李光弼。崔众一贯狂妄傲慢，见了李光弼只长揖，又不立刻交出军队，李光弼发怒了，将他拿下捆绑了起来，遇到朝廷使者到了，任命崔众为御史中丞。李光弼说：“崔众犯了罪，已经捆绑押到外面去了，现在只杀崔侍御史，如果使者宣读了诏书，我就杀御史中丞。”

使者把诏书藏着不敢拿出来，于是将崔众斩首示众，威名震动了全军。

至德二年(757)，史思明、蔡希德率领高秀岩、牛廷。。率兵十万进攻李光弼。