天宝十五载七月初九，太子李亨到达灵武，并于七月十二日在诸将拥戴下继位称帝，是为唐肃宗。唐肃宗改元至德，遥尊在蜀地的唐玄宗为太上皇，并遣使入蜀通报。

此时的战局呈现出新的特点：一方面，长安失守，河北再次不保，唐军在各地各自为战暂时无力反攻；另一方面，叛军虽然攻破长安但锋芒已大大减退，安禄山等人又不思进取，“既克长安，以为得志，日夜纵酒，专以声色宝贿为事，无复西出之意”[15]。这样无论唐军还是叛军一时间都难再有所突破，战局走向相持阶段。七月底，郭子仪等人自河北回到灵武，唐廷稍有起色，重新谋划战局，一面由郭子仪、李光弼带兵分路出击，另一面则向回纥求援又加紧调集边镇援军，谋求收复长安。

此时由于河北、关中失守，唐朝政府的物资供应便几乎全部依靠江淮，因而阻挡叛军南下便显得尤为重要。唐将鲁炅布防于南阳、襄阳，张巡、许远则死守睢阳（今河南商丘）。到至德二载（757）十月，与叛军交战数百次，直战至全军覆没，这些保卫江汉的行动有力地牵制了叛军，支援了北方战事，为唐军最终收复两京，提供了物质保障。

叛军方面，安禄山自起兵以来，双目渐昏，至是不复睹物。又病疽，性情益躁暴，左右仆人小不如意，动加棰挞，或时杀之，遂至众叛亲离。至德二载正月，安禄山被其子安庆绪设计杀死，安庆绪继位为大燕皇帝，但他的威望、才能都无法和其父安禄山相比，在叛军中地位高、资格老的将领史思明拥兵于范阳不服调遣，安庆绪只得封史思明为范阳节度使来笼络他，叛军势力开始分裂。

唐军自唐肃宗继位后就开始不断努力，试图反攻收复两京，当时的战事对唐军十分有利，唐军在郭子仪、李光弼的带领下于各地不断取得胜利。至德二载九月，肃宗集结大军并借来回纥军队共15万人在广平王李俶和郭子仪带领下向长安发动进攻。安庆绪则调集10万人马于长安西北同唐军交战，结果安军大败，被唐军乘胜夺回了长安。唐军乘胜追击收复潼关，一举攻入关东。十月，唐军再败安军主力并收复洛阳，安庆绪逃往邺城（今河南安阳）。乾元元年（758）九月，唐军聚集朔方郭子仪，河东李光弼，淮西鲁炅等九镇节度使兵马数十万人向邺城进攻。十月，唐军连败安庆绪包围邺城，安庆绪百般无奈只得向史思明求救。此时唐军人数虽多但并无统一指挥，仅以宦官鱼朝恩为观军容宣慰处置使，故而久攻不下。乾元二年（759）三月，史思明率兵增援安庆绪，与唐军交战，缺乏统一指挥的唐军被击败，迫使各节度使撤围退兵以自保。史思明成功解围，随后杀死安庆绪，于四月在范阳自立为帝。九月，史思明率兵南下再度攻陷洛阳，与李光弼对峙。

自乾元二年到上元二年（761）间，李光弼在洛阳附近布防与史思明展开拉锯战，两军之间互有胜负。上元二年二月两军大战于洛阳附近的邙山，唐军因布置失当被叛军击败，史思明进逼长安。然而就在史思明取得优势准备进军长安时却被其子史朝义所杀，史朝义继承了帝位。史思明之死一方面使叛军错过了进攻的最好机会，也加剧了叛军内部的分裂，自此叛军便走向了衰落，唐军渐渐占据了优势，打破了相持的局面。