史思明连连受挫，偷鸡不成反蚀了好几把米，其愤怒可想而知。
十月中旬，史思明终于下令对河阳发起强攻。
他的首攻目标是河阳南城。
当时，南城的唐军守将是郑陈节度使李抱玉。李光弼问他：“将军能不能为我坚守南城两天？”
李抱玉没有回答，而是反问：“两天后怎么办？”
李光弼说：“两天后救兵不到，任你弃城。”
李抱玉当即允诺。原本他还以为李光弼一定会给他下死守的命令，没想到居然只要求守两天。李抱玉顿时如释重负——两天一晃就过了，这任务太容易了！
然而，直到燕军开始攻城，李抱玉才意识到这两天有多么漫长。因为燕军在此前频频受挫，自上而下都憋了一肚子闷气，如今一开打，郁积多日的怒火发泄出来，其战斗力远远超出李抱玉的意料，完全可以用“可怕”两个字来形容。
燕军像疯了一样，攻势一波接着一波，完全不给唐军丝毫喘息的机会。从这天清晨到黄昏，燕军的进攻一刻也没有停止。尽管李抱玉一直率众奋力死战，可坚持到夜幕降临的时候，唐军的防线还是被撕开了好几个缺口，燕军从缺口处纷纷涌入……
李抱玉万万没想到——原来坚守两天的任务是如此艰巨！
因为他连一天也没守住。
眼看城陷在即，摆在李抱玉面前的只有两种选择：要么战死，要么投降。
情急之下，李抱玉近乎绝望的脑中忽然灵光一闪，发现自己还有第三种选择。
他随即派人去向燕军请降，说：“我军粮草已尽，请允许我们明晨出降。”
史思明闻言大喜，当即下令停止进攻。
然而，到了第二天早上，唐军既没有竖起降旗，也没有打开城门。史思明在城外等了老半天，才意识到自己被李抱玉忽悠了。
是的，就利用这一个晚上的时间，李抱玉已经在城防的几个缺口处重新修筑了防御工事。安心休息了一夜的唐军官兵也已精神抖擞地进入阵地，在各自的战斗岗位上严阵以待。
史思明咬牙切齿地下达了再度进攻的命令。
可这一天，战场上的形势已经发生了显著变化。因为燕军经过昨日疯狂的进攻之后，士气已有所衰竭；而唐军官兵都相信只要再坚守一天，援军必到，所以人人斗志昂扬。
观察到燕军士气已经大不如昨时，李抱玉决定放开手脚，大干一场。他一边率众抵挡燕军的进攻，一边大胆地派出一支精锐骑兵，悄悄绕到了燕军的背后。当这支奇兵对燕军发起突袭的同时，城中守军也随之杀出，迅速对燕军形成前后夹击之势。
史思明万万没料到，昨天被他打得毫无还手之力的唐军居然还敢主动出击。他暴跳如雷，匆忙组织反击。可在唐军的前后夹攻之下，燕军的建制一下子被打散了，兵找不到将，将找不到兵，最后被唐军打得大败，只好纷纷溃逃。
史思明拿不下南城，只好命宰相周挚率部转攻中潬城。
此城由李光弼亲自驻守。中潬名义上叫城，事实上并没有像普通城池那么高的城墙。它四周仅有高度及人肩的矮墙，称为“羊马城”。所以，从严格意义上讲，中潬城不能算城池，充其量只是一座营寨。
仅靠低矮的羊马城，肯定是阻挡不了敌人的进攻的。作为辅助的防御手段，中潬城外四面皆围有一重栅栏，栅栏外还环绕着一条深、广各二丈的壕沟。可即便有壕沟、栅栏和矮墙的三重防守，中潬城在河阳三城中的防御力仍然是最薄弱的（这也就是李光弼亲自驻守中潬的原因）。所以，要想守住中潬城，就必须立足于战，而不能仅仅依靠消极防守。
十月十二日，燕军开始进攻中潬。
李光弼命部将荔非元礼率精锐士卒在羊马城布防，自己则登上中潬城的东北角，在一处瞭望台上纵观整个战场，用一面小红旗进行指挥。
燕军凭借人多势众，同时从三个方向发起进攻。每个方向各有八支纵队，每支纵队前面由士卒铲土填沟。一填平，后面载有攻城器械的车辆就紧跟上来，士卒继而砍伐栅栏，开出一条进军通道。
眼看着燕军从三个方向迅速逼近，而荔非元礼却还按兵不动，瞭望台上的李光弼急了，连忙派人去质问他：“你眼睁睁地看着敌人填平壕沟、砍开栅栏，为什么动也不动？”
荔非元礼回话：“大人是想守，还是想战？”
李光弼说：“当然想战。”
荔非元礼说：“既然想战，敌人耗费体力替我们填沟开栅，何必阻拦？”
李光弼闻言，忍不住笑了，看来自己也有轻率急躁的时候。荔非元礼显然是想以逸待劳，然后趁燕军疲惫之际发动进攻。他命人给元礼回话，说：“很好，我倒没想到这一层，你伺机而动吧。”
片刻后，各路燕军已相继砍开栅栏，从缺口处源源不断地涌入。荔非元礼抓住战机，率领敢死队迅速出击，一下子把燕军逼退了数百步远。然而，随着后续部队的到来，燕军很快稳住了阵脚，力战不退。荔非元礼不知道后面赶来的燕军到底有多少战斗力，于是也不恋战，马上率众后撤，准备等摸清情况后再行出击。
一见元礼退兵，瞭望台上的李光弼顿时又惊又怒。
中潬城的三重防御工事已经被燕军破坏了两重，剩下那道羊马城几乎只是一道摆设，根本无法有效阻挡燕军的进攻。如果荔非元礼退回城中，那中潬城必定陷落。
李光弼情急之下，立刻遣传令官去召元礼，准备将他军法从事，然后再换人上去打。
荔非元礼听到传令官召他，没好气地说：“战况正急，召我干什么？”说完就不理睬传令官了，自行率众退回了栅栏内，然后密切关注燕军的下一步动作。
燕军虽然人多势众，但是被荔非元礼刚才那一番突击，士气已经折损了大半。所以唐军撤回栅栏后，燕军也不敢进攻，而是停滞在栅栏外犹疑观望。
见此情景，荔非元礼心里就有数了。
他重新集合了麾下的所有精锐部众，却不急于出击，而是继续耐心等待。
栅栏外的燕军既不敢攻，也不敢退，胶着在那里，不久就出现了烦躁不安的阵阵骚动。荔非元礼立刻下令擂动战鼓，全军出击。这一次，燕军终于没能挡住唐军凌厉的攻势，被杀得丢盔弃甲，大败而逃。
望着潮水般退去的燕军，李光弼脸上露出了欣慰的、也略带惭愧的笑容。
毋庸讳言，李光弼在这一仗中接连犯了两次错误，要不是荔非元礼两度抗命，这一仗的结果就很难设想了。由此可见，两军对弈，拼的绝不仅仅是两个主帅的智谋和战略，而是上至主帅，下至每一个将领，甚至每一个士兵在临敌时的机智、胆识和战斗力。不论是荔非元礼组织的中潬城之战，还是李抱玉负责的南城守卫战，都足以证明这一点。
在中潬城战败后，燕军重新调整部署，由史思明亲率一部继续进攻南城，由周挚率一部转攻北城。
李光弼得到情报，迅速率众进入北城。他登城观察了一下燕军阵势，然后胸有成竹地对部将说：“敌军虽多，但军容不整，不足畏也！我向诸君保证，过不了中午，定能将其击败。”
随后，李光弼命诸将同时出战，但是一直打到这一天中午，双方却依旧难分胜负。李光弼召回众将，问道：“这一上午打下来，诸位觉得敌军阵营哪里最强？”
有人答：“西北角。”
李光弼即命部将郝廷玉攻西北角。郝廷玉请求拨给他精骑五百，李光弼给了他三百。接着李光弼又问哪里是次强的，有人答东南角，李光弼命部将论惟贞出战。论惟贞要求拨给精骑三百，李光弼给了他两百。
最后，李光弼对众将说：“诸位听从我的令旗指挥，若旗帜摇动缓慢，你们自行判断攻击方向；若旗帜快速摇动，并三次朝下指向地面，则万众齐进，不惜一切代价攻入敌阵。若有退者，定斩不赦！”
下完命令，李光弼从卫兵手中拿过一把短刀，插在靴中，大声说：“战争就意味着死亡，我身为国之三公（司空），不可死于敌手，万一战事不利，诸君死于敌阵，我必自刎于此，不令诸君独死而我独活！”
众将随即出战，各率所部冲向燕军军阵，双方很快就绞杀在一起。片刻后，郝廷玉突然脱离战场，跑回城下。李光弼大惊失色，对左右说：“廷玉一退，情势就危险了。”说完即命传令官去取郝廷玉首级。郝廷玉大喊：“我的马中箭了，不是后退！”传令官回禀，李光弼才长长地松了一口气，赶紧命他换了坐骑，返身再战。
稍后，又有两名将领在燕军的进逼下逐步往后退却。
他们是仆固怀恩和仆固瑒父子。李光弼又命传令官去取他们首级。仆固怀恩父子望见城中驰出一骑，提刀直奔他们而来，赶紧率部重新杀入敌阵。
就在战斗进行到最激烈的当口，河阳城头的令旗开始急剧摇动，并三触于地。唐军各部不约而同地发出惊天动地的喊杀声，全力攻击燕军。燕军抵挡不住，全线崩溃，被斩首一千余级，掉进黄河溺死者一千余人，另有五百多人被俘；燕军大将徐璜玉、李秦受被生擒，周挚仅率数骑仓皇逃窜，燕将安太清也带着残部逃回怀州（今河南沁阳市）。
周挚大败后，史思明不知战况，仍在进攻南城。直到唐军把五百多个燕军俘虏押到南城的城头上，他才知道周挚已败，不得不解围而去。
无论史思明是否愿意承认，李光弼始终是他的天敌。
河阳之战，彻底粉碎了史思明速战速战、西进潼关的企图。随后的日子，史思明一直被李光弼牢牢牵制在中原战场上，根本无暇西进，更不用说要攻取长安了。
一种巨大的挫折感在史思明的全身上下弥漫……
此时的史思明当然不会知道，没过多久，李光弼就将败在他的手中。而且败得很惨。