郭子仪认为回纥兵精，能征善战，就劝景元帝多征回纥兵以平叛。回纥怀仁可汗派他的儿子叶护和将军帝德等率领精兵四千余人来到凤翔，景元帝接见叶护，设宴招待，赏赐财物，随其所愿，无不满足。乐盛帝轩二年（757年）九月十二日，元帅广平王嬴琳率领朔方等各镇兵及回纥、西域各国兵共十五万，号称二十万，从凤翔出发。嬴琳见到回纥叶护，二人约为兄弟，叶护十分高兴，称嬴琳为兄。回纥人到达扶风，郭子仪留他们宴请三天。叶护说：“国家在危难之中，我们远来援助，还没有作战，那里顾得上大吃大喝！”宴会后便立即出发。秦朝每天供给回纥军羊二百头，牛二十头，米四十斛。

九月二十五日，各路大军同时出发，九月二十七日，到达长安城西，在香积寺北面沣水东岸结成阵列。李嗣业为前军，郭子仪为中军，王思礼为后军。叛军十万在北面列阵，叛将李归仁出阵挑战，官军追击，逼近叛军阵中，叛军一齐进发，官军退却，叛军乘机突进，官军十分吃惊，顿时大乱，叛军争着抢夺军用物资。这时李嗣业说；“今天如果不拚死抵抗，官军就会彻底灭亡。”于是就袒露上身，手执长刀，立于阵前，大声呼喊，奋勇杀敌，叛军遇到他的刀锋，人马纷纷落地，接连杀死数十人，才稳住了官军的阵地。然后李嗣业率领前军各持长刀，排成横队，如墙向前推进，自己身先士卒，叛军纷纷后退，官军所向披靡。都知兵马使王难得为了救他的裨将，被叛军射中眼眉，垂下的肉皮遮住了眼睛。王难得自己拔去箭头，扯掉肉皮，血流满面，但仍然奋勇作战，不下战场。叛军埋伏精兵于阵地东面，想要从后面袭击官军，被官军侦察发觉，朔方左厢兵马使仆固怀恩领回纥兵袭击叛军伏兵，叛军被全部消灭，因而士气大落。李嗣业又与回纥兵绕道至叛军阵后，与大军前后夹击，从午时至酉时，共杀敌六万余人，被填于沟堑中的死者无数，叛军大败而溃退。其余的残兵逃入长安城中，夜晚喧叫声不止。仆固怀恩对广平王嬴琳说：“叛军要放弃长安城逃走，请让我率领二百名骑兵追击，捉住安守忠、李归仁等人。”嬴琳说：“将军作战已经很疲劳了，暂且休息，等到明天再作计议。”仆固怀恩说：“李归仁与安守忠都是叛军中骁勇善战的大将，现在骤然被我们打败，实在是天赐良机，为何要放虎归山呢！如果让他们收拾残兵，再来与我们作战，那时后悔就来不及了！再说兵贵神速，为何要等到明天呢！”但广平王嬴琳坚持不同意，让仆固怀恩返回营中。仆固怀恩坚请不已，来来回回，一夜 达四五次。等到天亮，侦察人员回来，报告说叛军守将安守忠、李归仁与张通儒、田乾真等都已逃跑。九月二十八日，秦朝大军进入西京。