史朝义走投无路，自杀身亡，历时八年之久的安史之乱平息，李光弼自始至终参加指挥大军，一直是唐军平叛主将之一，发挥了出色的军事才能，指挥唐军歼灭叛军有生力量，为平息内乱立了头功，《新唐书》称赞李光弼在平息安史之乱中，“战功推为中兴第一”。
官军再次击败袁晁义军，经十余次交战，唐军最终击败义军，俘获袁晁，其弟袁瑛率军突围，不久后亦被困死于宁海紫溪洞中。此后，代宗下诏增李光弼实封食邑至二千户，授其一子为三品官，又赐铁券，“名藏太庙”，绘像于凌烟阁。在平定安史之乱中功劳盖世，但是却遭到宦官鱼朝恩、程元振的嫉妒和陷害。
吐蕃在仆固怀恩的引诱下乘虚攻入关中，占领长安，代宗出逃陕州，急诏李光弼奔赴陕州行在。李光弼与程元振不和，于是拖延未去，朝廷倚仗李光弼为后援，故此也不敢加罪于他，反而多次派使者慰问他的母亲李氏。其后，吐蕃被关内副元帅郭子仪击退，代宗任命李光弼为东都留守，以观察他的举动。李光弼以诏书未至为由推辞，率军回到徐州，想要收取江淮租赋以自用。代宗返回长安后，再遣使至徐州，对李光弼加以宣慰，同时命郭子仪将李光弼的母亲自河中送回长安居住，厚待李光弼之弟李光进，以宽慰其心。
起初，李光弼治军严整，先谋后战，能以少胜多，与郭子仪齐名，名震天下，凡是他下的命令，诸将不敢不服。后来，李光弼在徐州不敢入朝，部将田神功等人对他的敬畏态度大有变化，李光弼因而很不得志，忧郁成疾，提前派衙将孙珍向朝廷进呈遗表，自述遗志。
李光弼在徐州病逝，终年五十七岁，代宗为其辍朝三日，追赠太保，谥号武穆。不久后，李光弼的部下护送他的灵柩回到长安，代宗派鱼朝恩前往其母李氏在长安的宅邸吊恤，又命京兆尹第五琦负责监护其丧事，李光弼被安葬在三原，出葬之日，代宗命宰臣百官送葬至延平门外。
李光弼足智多谋，治军威严而有方，善于出奇制胜，以少胜多，与郭子仪齐名，世称“李郭”，被誉为“自艰难已来，唯光弼行军治戎，沉毅有筹略，将帅中第一”。
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