（一）破潼关，收复长安
就在唐都长安陷落之后，唐玄宗带领太子李亨及杨贵妃、杨国忠和数千禁军仓皇出逃。行至马嵬坡（今陕西兴平西）时，随行将士发动了兵变，处死了祸国殃民的宰相杨国忠，并逼迫唐玄宗赐死杨贵妃。唐玄宗最后逃到成都。太子李亨在随行将士的拥护下在灵武（今甘肃灵武）即帝位，称唐肃宗。郭子仪随即奉诏率朔方军五万人赶来灵武护驾。当时的唐王朝已经没有一支完整的部队，当郭子仪率领朔方军到达灵武后，朔方军严整的军容和高昂的斗志给人们重新带来了复兴唐朝的希望，军威国威也都为之一振。
天宝十五年（756年）八月，肃宗任命郭子仪为兵部尚书、同中书门下平章事（宰相），仍兼任朔方军节度使。宰相房琯欲立头功，主动请缨带兵收复长安，得到了肃宗的应允。不想房琯是个只会“纸上谈兵”的将军。他出战前，还向肃宗夸下海口：“臣这次出兵，定能马到成功。不获全胜，决不来见陛下。”但是房琯并没有分析具体的战况，而是机械地照搬古人的“车战法”，用两千辆牛车排成长蛇阵，牛车的一边是骑兵，另一边是步兵，士兵列队前进。战斗一开始，叛军就顺风擂鼓，摇旗呐喊，并乘势燃起大火，火借风势，风助火威。刹那间，只见烟雾迷漫、火光冲天，牛马被火惊吓之后，四处乱窜。片刻之间，唐军的军粮、马匹、营寨全被烧毁，官兵也是四散逃窜，死伤四万余人，房琯本人也几乎送了命。唐肃宗惨淡经营起来的数万军队，一战就损失殆尽。肃宗也真正认识到要消灭叛军，收复两京，非郭子仪不可，同时郭子仪的朔方军也就成了朝廷必须倚重的主力部队。十一月，郭子仪联合回纥击败了欲进攻灵武的叛军将领阿史那从礼等，歼敌三万余人，俘虏一万人，重创叛军，消除了朔方的后顾之忧，保卫了战时的统治中心灵武的安全。
郭子仪吸取房琯失败的教训，认为要收复两京，必须先夺取潼关，攻入陕州（今河南陕县），击溃潼、陕之间的叛军，截断叛军的后路，然后才能直取长安。由于郭子仪的分析正确，唐肃宗十分赞赏，命令唐军按照郭子仪的军事部署行进。随后，郭子仪领兵直趋潼关，打败了叛军守将崔乾祐，一举夺取潼关，收复了陕州（今河南陕县）、蒲州（今山西永济），清除了进攻长安的障碍，并截断了长安叛军的退路。
经过半年多的积极备战和连续几场胜仗，唐军的军事实力得到很大的加强。至德二年（757年）二月，唐肃宗进驻凤翔（今陕西凤翔）。此时，叛军内部发生了内讧，安禄山被其子安庆绪派人杀害，安庆绪自立为帝，同时驻扎在范阳的史思明又不听从安庆绪的调遣。肃宗看到安禄山已死，便准备大举讨伐叛军。诏令郭子仪为司空，担任天下兵马副元帅，并将收复两京的任务交给了他。四月，郭子仪率军由凤翔东进，准备攻取长安。在击败叛军李归仁的铁骑后，遭到了叛军安守忠等的伏击，只得退守武功（今陕西武功）。
同年九月，求胜心切的唐肃宗任命其子广平王李俶为天下兵马大元帅，郭子仪为副元帅，率军十五万进攻长安，并以“克城之日，土地士庶归唐，金帛女子皆归回纥”的条件，向回纥借骑兵四千前来助战。郭子仪这次吸取了初战失利的教训，加强了部队的纵深防御。他自己率领中军，李嗣业为前军，王思礼为后军，浩浩荡荡直奔长安西香积寺附近，在香积寺以北安营扎寨，与安守忠、李归仁和张通儒率领的十万叛军对阵。叛军贼首安守忠、李归仁自恃兵精将勇，出城挑战。唐军奋勇迎敌，快逼近敌营时，叛军擂动战鼓，一起冲杀上来，唐军措手不及，只得败退下来。叛军乘机追击。唐军前军将领李嗣业策马扬鞭，赤膊上阵，挥动手中的长刀，对唐军士兵高喊道：“叛军已经把我们包围住了，逃跑只有死路一条！”只见他的刀光过处，数十名叛军的人头落地。唐军受到主帅的激励，个个振奋，擂动战鼓，返身杀回，很快将叛军团团包围。此时，回纥兵突然从敌后杀出，敌人腹背受敌，但并没有放弃抵抗，双方展开了激烈的白刃战，一直从中午厮杀到傍晚，唐军最终大败叛军，歼敌六万多人，生擒两万余人，残兵败将狼狈逃回城内。
郭子仪手下的战将仆固怀恩认为机不可失，主张连夜攻城，彻底消灭贼首，以免他们羽翼丰满，再生后患。他数次请求大元帅李俶，要求带兵前去追杀。但李俶以部队疲劳为由拒绝了他的请战要求。结果叛军将领李归仁、张通儒等连夜逃出了长安，唐军丧失了乘胜歼敌的良机。第二天，唐军进入长安城。老百姓听说唐军回来，都喜出望外，夹道欢迎。有的甚至喜极而泣地说：“想不到今天又见到了官军。”纷纷杀鸡宰羊，抬出美酒欢迎唐军。肃宗在凤翔听到捷报，群臣称贺。
（二）施妙计，光复洛阳
长安收复后，肃宗由灵武迁回长安。唐军乘胜在郭子仪的率领下向洛阳进军。驻守洛阳的叛军守将安庆绪听说唐军前来攻城，慌忙派大将庄严、张通儒带领15万大军前去迎战。叛军在新店（河南省郏县西）与唐军相遇。新店地势险要，易守难攻。而叛军更是依山扎营，居高临下，形势对唐军非常不利。郭子仪为了化劣势为优势，趁叛军立足未稳，选派两千名英勇善战的骑兵，向敌营冲杀过去，又派了一千名弓箭手埋伏山下，再令协助作战的回纥军从背后登山偷袭，自己则亲率主力与叛军正面交战。一切部署完毕，唐军立即擂鼓出战。叛军从山上猛冲下来。郭子仪佯装败退，边战边走。叛军大喜，倾巢出动。这时，突然杀声如雷，一干唐军埋伏的弓箭手像神兵一般从天而降，万箭齐发，无数的箭镞像雨点一样射向敌群。而此时，李嗣业率领的回纥兵也从山后杀了出来，叛军在漫天的尘土中看到猛冲过来的回纥兵，大惊失色，阵脚大乱。郭子仪乘势杀了个回马枪。叛军前后被围，左右挨打，进退无门。正在这时，又听到四处高喊：“回纥兵来了，赶快放下武器投降吧！”在唐军和回纥军的合击之下，叛军被打得溃不成军。死伤的士兵连道路都给堵塞了。庄严、张通儒拼死才逃回洛阳，向安庆绪建议：“三十六计，走为上。”安庆绪走投无路，只好收拾残部，弃城北走，官军一举收复洛阳。
洛阳收复后，郭子仪因战功加封司徒，封代国公。返朝后，肃宗十分高兴，亲自带领仪仗队到霸上（今陕西西安东）迎接。并盛赞他说：“大唐虽然是我李家的天下，实际上是由你再造啊！”郭子仪叩首感谢。同年十二月，郭子仪返回洛阳，奉命筹划北上讨敌之策。