李光弼、郭子儀都看出分兵無主帥的致命隱患，數次上書請求設立元帥，都被魚朝恩駁回。圍攻相州數月，城中糧盡，安慶緒苦苦支撐，向史思明求援。史思明率領五萬精銳南下，在外圍騷擾唐軍，尋找決戰時機。
兩軍初次交鋒，李光弼親領本部兵馬正面迎戰，大敗史思明先鋒部隊，斬獲頗豐，其餘節度使軍隊卻配合遲緩，錯失擴大戰果的機會。恰逢天降暴雨，平地積水數尺，唐軍軍營大亂，各路人馬無序潰逃，兵器糧草丟棄遍地，唯有李光弼、王思禮兩部兵馬整齊撤退，沒有損失一兵一卒。
相州潰敗訊息傳回長安，朝廷需要為大敗尋找責任人，宦官魚朝恩素來忌憚郭子儀威望，將戰敗全部歸咎於郭子儀指揮失當，不斷在肅宗面前進讒言。肅宗下旨召回郭子儀，解除朔方節度使兵權，全軍交由李光弼接管，加封李光弼天下兵馬副元帥，成為平叛戰場實際上的最高統帥。
郭子儀寬厚隱忍，坦然交出兵權，毫無怨言；李光弼接手之後，立刻整頓散亂的各路唐軍，嚴明軍紀，重新劃分防線，穩定軍心。可魚朝恩並未就此收手，他嫉妒李光弼戰功赫赫、深受士卒擁戴，暗中處處掣肘，為日後君臣猜忌埋下禍根。
乾元二年，史思明誅殺安慶緒，吞併其部眾，自稱大燕皇帝，整合全部叛軍主力，兵分四路南下攻取汴州。汴滑節度使許叔冀當初在相州戰場消極避戰，面對史思明大軍，僅僅堅守數日便開城投降，汴州失守，叛軍打通通往江淮的通道，江南財賦重地瞬間暴露在兵鋒之下。
訊息傳到洛陽，李光弼正在黃河沿線巡視防務，火速趕回洛陽召集文武商議對策。東京留守韋陟提議放棄洛陽，全軍退守潼關，依託險要關隘固守，避叛軍鋒芒。
李光弼直接否定這個方案，他看得一清二楚：潼關以西糧草匱乏，退守潼關等於主動放棄中原大片土地，江淮財賦通道會徹底斷絕，大唐再無財力支撐平叛戰事。他提出險招：主動放棄偌大洛陽空城，全軍收縮至黃河北岸河陽三城，與澤潞守軍形成犄角之勢，進可南下收復中原，退可守住河東、河內防線。
部下不解，紛紛勸阻，洛陽是東都，棄守東都罪責深重，極易被宦官抓住把柄彈劾。李光弼心意已決，當即下令洛陽城內百官、百姓全部疏散，城中糧食、鐵器、兵器盡數運往河陽，自己親率五百騎兵殿後，從容撤出洛陽。
史思明率軍進入洛陽，只得到一座空無一人的廢城，沒有糧草、沒有百姓、沒有物資，大軍駐紮於此根本無法補給，又害怕李光弼從河陽出兵切斷後路，只能退守白馬寺以南，修築月城、挖掘壕溝，時刻防備李光弼突襲。
河陽由南城、中潬城、北城三座城池組成，橫跨黃河，相互依託，易守難攻，是扼守中原與河東的咽喉要道。此時李光弼麾下僅有兩萬士兵，軍中糧草只夠維持十日，敵我兵力差距懸殊，所有人都捏著一把冷汗，而李光弼接連使出多重奇計，把擅長野戰的史思明死死困在黃河岸邊。
史思明自持騎兵強悍，每日將上千匹優良戰馬趕到黃河南岸河灘洗浴，一來炫耀戰馬數量，二來動搖唐軍守城軍心。李光弼一眼看穿對方用意，想出絕妙的誘馬之計：下令徵集城中所有母馬五百匹，將小馬駒全部留在城內，待到叛軍戰馬再次下河，開啟城門放出全部母馬。
母馬思念城內幼駒，不停嘶鳴，南岸叛軍公馬聽到母馬叫聲，盡數泅渡黃河，奔向唐軍陣地，上千匹精良戰馬一夜之間盡數歸唐，史思明白白損失大批騎兵核心戰力，氣得暴跳如雷。
受挫之後，史思明調集主力猛攻河陽南城，李光弼坐鎮中潬城指揮排程，分兵支援南城，一戰擊潰攻城叛軍，斬殺數千人，大量敵軍慌亂逃竄溺死黃河之中。不甘心的史思明派出麾下第一猛將劉龍仙，到河陽城下耀武揚威，辱罵李光弼，挑釁唐軍出城決戰。
劉龍仙自負勇武，單人匹馬立於城下，氣焰囂張，唐軍諸將面露難色，無人敢主動迎戰。裨將白孝德主動請戰，李光弼問他需要多少兵馬，白孝德回答只需五十名騎兵在城門接應，其餘大軍擂鼓助威即可。
白孝德單騎出城，佯裝怯戰後退，趁劉龍仙放鬆警惕，翻身突襲，一刀斬殺劉龍仙，提著首級返回城中，叛軍士氣再度大跌。
數輪進攻全部失利，史思明集結全部兵力強攻河陽北城，此戰決定雙方生死。戰前，李光弼當眾對全軍立誓：“此戰若戰敗，我身為全軍統帥，絕不苟活，靴中暗藏短刀，一旦大勢已去，我當場自刎，絕不讓諸位將士獨自赴死。”
將士見主帥抱必死之心，人人熱血沸騰，死戰不退。李光弼手持大旗，立於城牆最前沿，叛軍箭矢如雨落在身邊，他紋絲不動，指揮各路兵馬排程攻防。雙方血戰整日，叛軍全線崩潰，唐軍斬首一萬餘級，生擒八千士兵，繳獲軍械糧草無數，史思明帶著殘兵狼狽撤離，徹底打消南下攻取江淮的計劃。
河陽大捷，是安史之亂中期決定性一戰，李光弼以兩萬殘兵硬撼史思明十幾萬主力，粉碎叛軍奪取江南財賦重地的戰略企圖，為大唐積蓄力量、反攻叛軍爭取了寶貴時間。此戰過後，朝廷加封李光弼太尉、中書令，進爵臨淮郡王，賜鐵券，畫像懸掛凌煙閣，名藏太廟，榮耀達到武將頂峰。
可戰功越高，猜忌越深。觀軍容使魚朝恩一直記恨李光弼不依附自己，不斷在唐肅宗耳邊詆譭，聲稱李光弼手握重兵久居河陽，擁兵自重，不願快速收復洛陽，故意拖延戰事。肅宗晚年猜忌心加重，連續下旨催促李光弼主動出兵收復東都洛陽。
李光弼多次上書，闡明洛陽地勢開闊，叛軍主力盤踞於此，貿然出城野戰對唐軍不利，堅守河陽才是最優戰略，可肅宗被宦官讒言矇蔽，接連派遣使者催促出戰，迫於朝廷壓力，李光弼只能放棄河陽險要，領兵攻打洛陽。
上元二年，唐軍與史思明叛軍在邙山展開決戰。李光弼佔據高地，佔據有利地形，魚朝恩卻強行要求大軍到平原列陣，李光弼極力反對，宦官執意干預軍事排程，兩軍交戰之後，唐軍陣型混亂，遭遇大敗，河陽、懷州相繼失守，戰局再度惡化。
此戰失利根源在於宦官胡亂干預軍務，可魚朝恩將戰敗責任全部推給李光弼，朝堂之上彈劾李光弼的奏摺堆積如山，君臣之間的裂痕徹底無法彌補。
邙山戰敗之後，朝廷免去李光弼天下兵馬副元帥職務，改任太尉、侍中、河南副元帥，出鎮臨淮，管轄河南、淮南、江南八道軍務，負責鎮壓江南地區殘餘叛軍。此時安史之亂核心叛軍勢力已經日漸衰落，史思明被兒子史朝義弒殺，叛軍內亂不斷，平叛大局已定，可李光弼的人生困境才剛剛開始。
唐肅宗病逝，唐代宗李豫即位，宦官程元振、魚朝恩繼續把持朝政，兩人忌憚李光弼蓋世軍功與兵權，持續羅織罪名不斷構陷，散佈謠言稱李光弼暗中勾結藩鎮，存有異心。程元振是代宗身邊心腹，時常在皇帝面前挑撥，稱李光弼功高震主，難以制衡。
廣德元年，吐蕃大軍突襲關中，一路長驅直入，直逼長安，唐代宗倉皇出逃陝州，危急時刻連續七道詔書傳至臨淮，徵召李光弼即刻領兵西進勤王，護衛京師。
接到聖旨的李光弼陷入極致兩難。他不是不願救國，而是清楚地知道，一旦孤身入朝，程元振、魚朝恩必定羅織罪名將自己下獄，當年郭子儀也曾遭宦官構陷，幸好主動上交兵權、坦然入京才保全性命，可李光弼性格剛直，不願低頭向宦官妥協，心中恐懼入朝之後無法自證清白，招來殺身之禍。
幾番掙扎，李光弼拖延出兵時間，只派遣部下將領率領少量兵馬馳援關中，自己始終坐鎮臨淮，不肯親自奔赴皇帝行在。這件事徹底坐實了宦官口中“擁兵不朝、心懷異志”的指控，代宗心中猜忌達到頂峰，君臣信任徹底崩塌。
連番猜忌之下，李光弼麾下將領心態也悄然變化。各路節度使、部將見朝廷日漸疏遠主帥，皇帝聽信宦官讒言，紛紛不再敬畏李光弼，田神功等大將行事不再稟命，兵權逐步分崩離析。
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