唐玄宗于同年十一月十四日得知了安禄山反叛的消息，相当震怒。他立即任命安西节度使封常清兼任范阳、平卢节度使，防守洛阳，接着任命他的第六子荣王李琬为元帅、右金吾大将军高仙芝为副元帅东征。
唐玄宗于十一月十五日派使毕思琛往东都洛阳募兵防守。安禄山的大军虽然遇上阻碍，但由于杨国忠的无能，使安禄山于同年十二月十二日就攻入洛阳。东京留守李憕和御史中丞卢奕不肯投降，被俘后为安禄山所杀，河南尹达奚珣投降安禄山。退守潼关的安西节度使封常清、高仙芝采以守势，坚守潼关不出。可是因为唐玄宗听了监军宦官的诬告，以“失律丧师”之罪处斩封常清、高仙芝。天宝十五年正月初一，安禄山在洛阳称大燕皇帝，改元圣武。
755年(天宝十四年)十二月，唐玄宗在洛阳失守之后，听信宦官监军边令诚的谗言，杀大将封常清、高仙芝，起用病废在家的陇右节度使哥舒翰为兵马副元帅，令其率军20万，镇守潼关。潼关地形险要，易守难攻。哥舒翰进驻潼关后，立即加固城防，深沟高垒，闭关固守。天宝十五载正月，安禄山命其子安庆绪率兵攻潼关，被哥舒翰击退。
安军主力被阻于潼关数月，不能西进。安禄山见强攻不行，便命崔乾佑将老弱病残的士卒屯于陕郡(治今河南三门峡市西)，而将精锐部队隐蔽起来，想诱使哥舒翰弃险出战。
五月，唐玄宗接到叛将崔乾佑在陕郡“兵不满四千，皆赢弱无备“的情报，就遣使令哥舒翰出兵收复陕洛。哥舒翰立即上书玄宗，认为：安禄山久习用兵，今起兵叛乱，不会不作准备，一定是用羸师弱卒来引诱我们，如若进兵，正好中计。况且叛军劳师远征，利在速。;官军凭借潼关天险抵挡他们，利在坚守。且叛军暴虐无道，失去民心，日渐衰颓，很快就要发生内乱，(那时)再攻打他便可不战而擒。
郭子仪、李光弼也认为潼关只宜坚守，不可轻出。主张引朔方军北取范阳，覆叛军巢穴，促使叛军内部溃散。但是，宰相杨国忠却怀疑哥舒翰意在谋己，便对唐玄宗说，哥舒翰按兵不动，会坐失良机。玄宗轻信谗言，便连续派遣中使催哥舒翰出战。哥舒翰被逼无奈，抚膺恸哭。
哥舒翰被迫于六月初四领兵出关，初七，在灵宝西原与崔乾佑部相遇。灵宝南面靠山，北临黄河，中间是一条70里长的狭窄山道。崔乾佑预先把精兵埋伏在南面山上，于初八领兵与唐军决战。唐军以王思礼等率精兵5万在前，庞忠等率10万大军继后，另派3万人在黄河北岸高处击鼓助攻。两军相交，唐军见叛军阵势不整，偃旗欲逃，便长驱直进，结果被诱进隘路。叛军伏兵突起，从山上投下滚木檑石，唐军士卒拥挤于隘道，难以展开，死伤甚众。
哥舒翰急令毡车在前面冲击，企图打开了一条进路，但被叛军用纵火焚烧的草车堵塞不得前进。唐军被烟焰迷目，看不清目标，以为叛军在浓烟中，便乱发弩箭，直到日落矢尽，才知中计。这时，崔乾佑命同罗精骑从南面山谷迂回到官军背后杀出，唐军前后受击，乱作一团，有的弃甲逃入山谷，有的被挤入黄河淹死，绝望的号叫声惊天骇地，一片惨状。唐后军见前军大败，不战自溃。黄河北岸的唐军见势不利，也纷纷溃散。哥舒翰只带数百骑狼狈窜逃，从黄河西渡进入潼关，潼关外挖了三条战壕，都是二丈宽一丈深，人和马掉进沟里，一会就填满了，后面的人就踩着尸体过去。
唐军将近20万军队，逃回潼关的只有8000余人。初九，崔乾佑攻占潼关。哥舒翰撤到关西驿，张贴榜文招揽失散的兵卒，想要继续把守潼关。吐蕃将领火拔归仁带着一百余骑兵包围驿站，进去对哥舒翰说：“贼兵来了，请元帅上马。”哥舒翰走出驿站上马，火拔归仁及众将扣头说：“元帅拥有20万兵马，一场战斗就把他们都抛弃了，有何脸面再见天子?且元帅没有见到高仙芝和封常清的遭遇吗?请元帅投降安禄山!”哥舒翰不从，火拔归仁就把他的腿绑到马肚子上，连同其他不顺从的将领一起投降安禄山。
此战，是中国战争史上伏击战的典型战例，唐玄宗错误估计形势，拒绝采取据守险要、持久疲敌、伺机出击的方针，过早地出关反攻，结果造成人地两失，使平叛战争急转直下。崔乾佑潜锋蓄锐，诱唐军弃险出战;会战时，又偃旗欲遁，诱唐军进入伏击区，因而取得大胜。
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