接连两员猛将归降了唐军，史思明气得牙根疼。
他满肚子怒火，再领全部叛军攻打河阳。
李光弼令李抱玉守河阳南城，他自己守中城。他郑重地问李抱玉：
“你能够不惜一切代价，坚守南城两天么？”
李抱玉面带难色：
“坚守两天没问题，超过两天够呛。”
李光弼宽慰他说：“能守两天就行，两天后我派兵增援你。”
叛军向南城发动猛烈进攻，双方你来我往，杀声震天。
敌我力量悬殊，到了南城就要被攻陷的危急关头，李抱玉对叛军喊话：
“我军粮食吃光了，你们先别打了，给我留出时间，我和将士们商量，不几天我们就投降。”
史思明的伪宰相周挚领兵攻南城,听说李抱玉要投降，他喜出望外，令叛军敲锣守收兵等待受降。
见敌人被糊弄住了，李抱玉领兵士趁机会修补城墙，备足守城器械，趁着黑夜派出一支部队绕到叛军背后埋伏，同时令正面守城将士严阵以待。
做好这些，李抱玉派人去给叛军下战书。
叛军这才知道被愚弄了，又对南城发起猛攻。
李抱玉命叛军背后的唐军伏兵杀出，他们和守城唐军一起，前后两面夹击，打退了进攻南城的叛军。
李光弼率唐军驻扎在河阳城水中沙洲。他指挥将士在城外设置木栅栏，栅栏外挖了深一丈宽一丈的壕沟。
周挚进攻南城受到挫败，转移军队来攻水中沙洲。
李光弼派荔非元礼，率领精锐兵士迎战叛军。
李光弼自己在河阳城东北角竖起一面小红旗，站在在那里的城楼上，观察整个战场态势。
叛军将领仗着人多力量大，命令兵士背土填壕沟。
荔非元礼领兵守在寨栅中，坐看叛军兵士背土填沟，令唐军按兵不动。
李光弼远远地看见了，骑上马快跑到荔非元礼跟前，问：
“贼兵要填平壕沟，准备冲杀过来，你为什么领着兵士都坐在那里看？”
荔非元礼立即反问：
“李司空打算交战呢，还是只守不战？”
李光弼说：
“这还用问？当然是交战消灭他们！”
荔非元礼说：
“如果要交战，贼兵现在正替我们填平壕沟，他们在为我军修路，方便我军发起冲锋，何必阻止他们这样呢？
我军静待养足精神，坐看叛军们填沟快累扁了，正好我军冲过去打他们，这有什么不好么？”
李光弼听了这才恍然大悟说：
“太好了！太好了！我一时没有想到这一层，愿你努力杀敌！”
说完就走了。
叛军把壕沟填平，还没来得及组织进攻。荔非元礼即令打开寨栅门，带领唐军冲杀过去。
唐军呐喊着冲锋，杀死叛军不计其数。周挚一看在这边打不过唐军，又令改攻北城。
北城告急，李光弼登上城墙远望，见叛军如一道道人墙向河阳城扑来。
他看了一眼身边的将领说：
“叛贼军队人数众多，但是阵容不严整，不值得忧虑，待到中午时分，我们就会击败贼寇呢。”
于是命令各位将领一齐出战，两方胶着厮杀多时，看看太阳已经将近中午，仍然胜负不分。
李光弼见状急忙把将领们从阵前召回来，重新布署军队军力配置，问他们说：
“贼阵哪一部分最坚强难攻？”
各将领说：
“西北角老厉害了！”
李光弼即令骁将郝廷玉领兵前往增援。
李光弼又问：
“贼兵阵坚强次之在哪个部分？”
诸将又回答说：
“在北城西南角”。
李光弼又令蕃将论廷贞领兵前往增援。
两位将军奉命前往。
李光弼亲自督战，下令军中说：
“大家都要看我令旗进军。我把令旗摇动得慢时，任你们选择有利时机，灵活变通。
我如果急速猛烈挥动旗子，则大家奋力向前，只准前进，不许后退。谁敢违令立即斩首处决！”
李光弼又把一把短刀放入自己靴子中，对将领们说：
“作战是个危险活，今天我军到了向死求生的紧急关头，我是国家最高级别官员，我不能死在叛军手上给国家丢脸。
万一作战情况不利，你们为国家牺牲于阵前，我也拔刀割脖子自杀于阵后。
不能只让各位将军战死，我自己不去死。
要死咱们这一仗都死在一起！”
说完，李光弼朝西跪下，朝长安城皇帝所在的方向磕头，表示报效国家，视死如归。
于是他挥动令旗，令各军将士出阵搏斗，将领们翻身上马，带领兵士呐喊着冲向叛军。
激战中，李光弼在城楼上看见郝廷玉跑回来了，李光弼吩咐左右侍卫说：
“郝廷玉都败下阵来，这场战斗就危险了！
你们去郝廷玉的头割下来，挂在城头上，用来警示众将士，防备其他人跟他学着败退。”
郝廷玉派人来解释：
“我退下来是我战马中了一箭，受伤不能骑了，不是我怕战退缩。”
李光弼派他回去告诉郝廷玉：
“换上一匹好马，再上阵杀敌去！”
过了一会，又望见仆固怀恩和他儿子仆固玚，结伴倒退下来了。李光弼又吩付左右侍卫：
“你们去把仆固怀恩他爷俩的头都割下来，提着来见我。”
仆固怀恩看见李光弼派来的人手提长刀骑马赶来，知道是要来杀他父子了。
他又和儿子仆固玚硬着头皮，骑上马大声喊叫着冲进了敌阵。
李光弼手中令旗不停他快速挥动，各将领拼命向前冲杀。
唐军气势勇猛无敌、前仆后继。叛军气势上落了下风。
唐军斩得叛军首级四千余级，俘虏五百人。叛军掉进河里淹死的，还有一千多人。
唐军活捉叛军将领徐璜玉、李秦授，缴获战马两千匹，缴获兵器铠甲太多，当时不好数，史书记载只说不计其数。
叛军败逃阻止不住，周挚也只好随败兵退去。史思明正领叛军攻打南城，听说北城惨败，也无心再战，领兵退去。
这一仗下来，叛军被唐军彻底打怕了。
李光弼再领兵进攻怀州，史思明领叛军退守洛阳。
史思明这人狡猾,当初他领叛军归降时,肃宗李亨应该引诱他离开范阳老巢，让他来长安封他官职，不准他在再和他的军队接触。
九大节度使中，郭子仪、李光弼忠智两全，当时李亨如果令郭子仪挂帅攻邺城，李光弼挂帅攻范阳。其它七大节度使兵马分属两人指挥。两人职责分明，结局大概率是安庆绪、史思明都已被消灭。
但是李亨没有那样的见识气魄，造成叛军久拖难灭。
河阳一战，李光弼只有两万人，粮食只够吃十天，他能打败史思明十五万人，获得河阳保卫战大捷。
不知肃宗李亨这时能不能想明白，九路大军打邺城失败的原因是：职责不明，各军出工不出力，大呼隆的方式行不通。