乐盛帝轩二年（757年）正月，叛军大将史思明率兵从博陵，蔡希德从太行，高秀岩从大同，牛廷介从范陽，发兵共十万，来进攻太原。李光弼部下的精兵都奔赴朔方，其余的团 练兵都是乌合之众，不满一万人。史思明认为太原城垂手可得，如果攻下太原，当立即长驱直取朔方、河西、陇右。太原城中的将领都十分害怕，商议修治城池抵抗叛军，李光弼说：“太原城周长四十里，在叛军即刻就要来到时修治城池，是未见敌人而先疲困自己。”于是率领士兵及民众于城外开凿壕沟准备固守。又让士卒做了数十万块砖坯，大家都不知道有什么用处。等到叛军在城外进攻，李光弼就让士卒用砖坯在城内加高城墙，有毁坏的地方便立刻补修。史思明派人到崤山以东去取攻城的器具，并且让胡 兵三千护送，他们到达广陽时，遭到别将慕容溢、张奉璋的拦击，胡 兵全部被杀死。

史思明围攻太原一个多月，还未攻下，于是挑选了一批骁勇善战的精兵，作为流动作战的军队，告诫他们说：“我率兵攻打城北时，你们就暗中往城南；攻打城东时，你们就向城西，见到有机可乘时就进攻。但因为李光弼军令严整，即使叛军没有攻打的地方，巡逻的士卒也十分警惕，未曾大意，所以叛军攻不进城。李光弼在军中征募人才，只要是有小技艺的人都被选中，根据能力予以使用，所以人尽其才。李光弼得到安边军的三个铸钱工匠，他们善于挖掘地道。叛军士卒站在城下抬头辱骂，李光弼就派人从地道中拉住叫骂人的脚，拽入城中，在城墙上杀掉。从此叛军士卒行走时都看着地。叛军又制做云梯和土山作为攻城的器具，李光弼就挖地道以迎战，所以这些器具在临近城时都陷入地中。叛军起初攻城急迫，李光弼就作了大炮，发射大石，一发打死二十多人。叛军在攻城中战死了十分之二三，于是就退营到城墙数十步以外，死死地把城围住。李光弼又派人假装与叛军相约，定好日子出城投降，叛军大为喜欢，不加防备。而李光弼却让士卒在叛军的营地周围穿掘地道，然后用木头顶住。到了约好的投降日期，李光弼率兵站在城上，派遣裨将率领数千人出城，假装投降，叛军都一心站着观看。忽然营中地面塌陷，死了一千余人，叛军顿时惊慌散乱，官军乘机擂鼓呼喊，出城袭击，俘虏杀死叛军一万多人。这时恰逢安禄山死去，安庆绪命令史思明归守范陽，留下蔡希德等人继续围攻太原。