吐蕃入寇，而程元振隐瞒军情不报，由于之前唐代宗猜忌将领，兵部尚书、同平章事来瑱被谗杀，导致长安几乎没有军队防御。镇守徐州的太尉兼侍中、河南副元帅李光弼因为畏惧谗言不敢带兵入朝救援，襄州刺史、山南东道节度使、同平章事梁崇义在襄州反叛，而驻扎在汾州的河北副元帅、朔方节度使仆固怀恩更是暗中召回纥、吐蕃入侵河西，侵寇泾州，进犯奉天、武功。唐代宗不得已，遂起用雍王李适为关内元帅，郭子仪为关内副元帅，镇守咸阳。
郭子仪自从被罢回京师，他的部曲离散，等到接受诏书为关内副元帅时，郭子仪麾下只有20个骑兵。郭子仪刚到咸阳，吐蕃军已经过渭水，沿着南山东进，郭子仪使王延昌入奏，请给自己增加军队，但是被程元振阻止，不让皇帝见郭子仪、王延昌。等到唐代宗开始治兵时，吐蕃军已过便桥，唐代宗仓促间不知所措，后来唐代宗逃往陕州，官员藏匿、军队逃散。郭子仪听闻后，急忙从咸阳回长安，达到长安后，唐代宗已离开了，唐代宗刚出苑门、渡过浐水，射生将王献忠率四百骑兵叛逃回长安，胁迫丰王李珙等十王向西迎接吐蕃。在开远门遇上郭子仪，郭子仪呵斥王献忠，王献忠下马说：“现在皇帝东逃，国家无主，你身为元帅，废立就在你一句话”。郭子仪没有回应，李珙接着说：“你为什么不说话”。郭子仪责备他，然后派兵将宗室诸王护送到唐代宗那里。
吐蕃进入长安，长安很多官员、百姓逃进山谷，郭子仪率三千骑兵从御宿川沿着山向东走，郭子仪跟王延昌说：“将士大多逃去了商州，现在赶快去召集，并调发武关的关防兵，数日间，向北出蓝田奔赴长安，吐蕃必定逃去”。郭子仪到了蓝田，遇到元帅都虞候臧希让、凤翔节度使高升，得到士兵将近千人，郭子仪与王延昌商量说：“逃散的士兵到商州，官吏必定逃走躲藏起来”。派王延昌直接入商州安抚。正当众将士放纵士兵掠夺时，听闻郭子仪到了，都大喜并表示听郭子仪号令。
郭子仪担心吐蕃攻击唐代宗，就先留下守卫七盘关，三日后才出发去商州，到了商州后收集士兵，合并武关防兵共四千人，官军势力稍微振作起来。此时宝应军使张知节在洛南迎接郭子仪，大阅兵，屯驻商州，威震关中。郭子仪于是流着泪告诉诸位将士要雪国耻，光复长安，众将士都感动并受郭子仪节度。郭子仪任命太子宾客第五琦为粮料使，供给粮食。唐代宗给郭子仪下诏，表示担心吐蕃东出潼关，召郭子仪赶赴行在，郭子仪上表说：“臣不光复长安就没有脸面见陛下您，我若出兵蓝天，敌人必不敢向东去。”唐代宗允许了。另外鄜坊节度判官段秀实告诉节度使白孝德一同率军共讨叛军，白孝德当日就带兵出发，向南急速赶赴长安，与蒲、陕、商、华汇合进击。
光禄卿殷仲卿在蓝田募兵，用郭子仪到了商州，还不知道殷仲卿在蓝田募兵，郭子仪派人前去查探敌人的情况。羽林将军长孙全绪请缨，率两百骑兵前往。郭子仪又令太子宾客第五琦代理京兆尹之职务，一同收复长安。郭子仪又令宝应军使张知节率兵继之，长孙全绪等人到了韩公堆，白天击鼓，晚上则放火，使吐蕃起疑，殷仲卿探知官军势力更加强大。于是，与长孙全绪相互配合，把情形报告给郭子仪，殷仲卿率两百骑兵游荡，直接渡过浐水。
吐蕃惊惧，问百姓，百姓欺骗他们说：“郭子仪从商州领兵收复长安，大军不知有多少”，吐蕃认为官军众多，于是率军退走，余众还在城中。军将王抚及御史大夫王仲升率兵从苑中进来，击鼓大喊，殷仲卿又率军入城，吐蕃兵全都逃跑了，郭子仪率军乘势击鼓入长安，人心逐步安定下来。吐蕃军队占领京师的时间总共只有十五日，郭子仪上书唐代宗，禀告收复长安的详情，唐代宗任命郭子仪为长安留守。
自从唐代宗狼狈东逃，百官都归罪于程元振，对其多次弹劾，程元振非常害怕，劝说代宗定都洛阳，代宗应允。郭子仪闻知后，上表劝谏，并提出应对之策，代宗阅完奏表后对侍臣说：“郭子仪真是国家忠臣，我决定返回长安。”代宗回到长安，慰劳郭子仪道：“我任用你太晚，才到这个地步。”赐郭子仪铁券，并将他的画像挂在凌烟阁上，命郭子仪兼任河东副元帅、河中节度观察使、河中尹，坐镇河中府。
仆固怀恩反叛，放纵士兵劫掠并、汾属县，唐代宗任命郭子仪充任灵州大都督、单于镇北大都护、朔方节度大使。仆固怀恩的儿子仆固瑒在榆次被部将张惟岳杀死，传首京师，仆固瑒的军队都投降郭子仪，仆固怀恩害怕就丢下母亲逃往灵州。郭子仪罢司徒，代宗皇帝进封他为太尉，充任北道邠宁、泾原、河西通和吐蕃及朔方招抚观察使，而郭子仪辞去太尉的任命。
仆固怀恩引诱吐蕃、回纥、党项入侵唐朝，代宗命郭子仪驻扎奉天，并问御敌方略，郭子仪答道：“仆固怀恩虽然强健勇敢，但不得人心。而且士兵都是我以前的部下，他们会忍心与我刀剑相向吗？”不久，回纥与吐蕃军进逼奉天。众将请求进攻，郭子仪道：“敌军深入我境，利于速战，他的部下长期受我的恩德，我不进攻他们，他们将自然改变主意。敢说出战的斩！”并坚守营垒防御敌军，敌军果然退去。
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