同年九月，经过一番积极筹措之后，肃宗再次发起了向长安的进攻。为了增强实力，唐廷向回纥求援。怀仁可汗遣其子叶护及将军帝德，将精兵4000余人至风翔。九月十二日，元帅广平王李做，将朔方等军及回纥、西域之众凡15万，号20万，从风翔出发。二十七日，诸军至长安西，陈兵于香积寺北沣水之东。官军以李嗣业为前军，郭子仪为中军，王思礼为后军。叛军10万陈于其北。叛将李归仁挑战，官军出击，叛军齐进，官军惊乱退却。李嗣业见情势危急，乃肉袒，执长刀，立于阵前，大呼奋击，连杀数十人，阵乃稍定。于是，嗣业帅前军务执长刀，排阵如墙，并力前进。嗣业身先士卒，所向披靡。战将王难得头部中箭，皮垂障目，王难得用手拔出箭头，掣去其皮，血流被面，鏖战不已。叛军伏精骑欲袭官军之后，朔方军战将仆固怀恩引回纥兵掩击，翦灭殆尽。嗣业又与回纥兵袭叛军阵后，同官军大部队郭子仪、王思礼两面夹击。从正午至傍晚，激战三个时辰，斩首6万余级，填沟堑壑，死者不计其数。叛军溃不成军，残兵败将逃回长安。翌日(二十八日)凌晨，叛军安守忠、李归仁等，弃长安东遁，官军浩浩荡荡进入长安。克复长安以后，唐军乘胜前进，长驱迫蹑。郭子仪引蕃汉兵追叛军至潼关，斩首5000级，并克华阴、弘农2郡。
十月初，官军再次与安军主力决战于陕县(今河南三门峡市)西之新店，安军又大败。安庆绪不得不放弃洛阳，走保邺城(今河南安阳市)。自是长安、洛阳东西两京终归唐有。
两京收复之后，肃宗、玄宗先后回到了京师长安。为了便于处理政务，肃宗入居大明宫，玄宗则退居兴庆宫。
安庆绪退至邺城，收集败卒，尚有众7万。虽属残余势力，也不可小视。唐廷为了彻底消灭叛军，于乾元元年(758年)九月，命郭子仪、李光弼等九节度使会师围邺。由于九节度不相上下，未设统率，无人指挥，虽各自有小胜，终难以成大功。安庆绪窘急，求救于史思明，且请以位让史。
史思明乘机于范阳率兵13万救邺。乾元二年(759年)三月，官军步骑60万与安史军交战于安阳河北。因战略战术上的失误和天气形势的不利，官军大败，诸节度各溃归本镇，实力损失1／4。史思明借故杀掉安庆绪和他的四个弟弟及其党羽，收夺安军余部，实力大增。
同年四月，史思明在范阳自称大燕皇帝。九月又率军南下，再度攻占洛阳。上元二年春，唐命李光弼由河阳发兵收复洛阳，结果反为史思明所败。史思明乘胜西攻潼关，因其虐待部下，内部离散，史思明为其子史朝义所杀。朝义还军洛阳即位。安史旧部不肯听他指挥，叛军实力趋于瓦解。
宝应元年(762年)秋，唐再次借回纥兵平叛。十月，以雍王李适为元帅，会合诸道节度使及回纥兵于陕州(今河南陕县)，进讨史朝义。在洛阳北邙山下，朝义大败东走，逃往幽州，叛军部下陆续降唐。广德元年(763年)正月，朝义逃至范阳，走投无路，穷蹙自杀。安史叛乱，至此结束。
