光禄卿殷仲卿在蓝田募兵，用郭子仪到了商州，还不知道殷仲卿在蓝田募兵，郭子仪派人前去查探敌人的情况。羽林将军长孙全绪请缨，率两百骑兵前往。郭子仪又令太子宾客第五琦代理京兆尹之职务，一同收复长安。郭子仪又令宝应军使张知节率兵继之，长孙全绪等人到了韩公堆，白天击鼓，晚上则放火，使吐蕃起疑，殷仲卿探知官军势力更加强大。于是，与长孙全绪相互配合，把情形报告给郭子仪，殷仲卿率两百骑兵游荡，直接渡过浐水。
吐蕃惊惧，问百姓，百姓欺骗他们说：“郭子仪从商州领兵收复长安，大军不知有多少”，吐蕃认为官军众多，于是率军退走，余众还在城中。军将王抚及御史大夫王仲升率兵从苑中进来，击鼓大喊，殷仲卿又率军入城，吐蕃兵全都逃跑了，郭子仪率军乘势击鼓入长安，人心逐步安定下来。吐蕃军队占领京师的时间总共只有十五日，郭子仪上书唐代宗，禀告收复长安的详情，唐代宗任命郭子仪为长安留守。
自从唐代宗狼狈东逃，百官都归罪于程元振，对其多次弹劾，程元振非常害怕，劝说代宗定都洛阳，代宗应允。郭子仪闻知后，上表劝谏，并提出应对之策，代宗阅完奏表后对侍臣说：“郭子仪真是国家忠臣，我决定返回长安。”代宗回到长安，慰劳郭子仪道：“我任用你太晚，才到这个地步。”赐郭子仪铁券，并将他的画像挂在凌烟阁上，命郭子仪兼任河东副元帅、河中节度观察使、河中尹，坐镇河中府。
仆固怀恩反叛，放纵士兵劫掠并、汾属县，唐代宗任命郭子仪充任灵州大都督、单于镇北大都护、朔方节度大使。仆固怀恩的儿子仆固瑒在榆次被部将张惟岳杀死，传首京师，仆固瑒的军队都投降郭子仪，仆固怀恩害怕就丢下母亲逃往灵州。郭子仪罢司徒，代宗皇帝进封他为太尉，充任北道邠宁、泾原、河西通和吐蕃及朔方招抚观察使，而郭子仪辞去太尉的任命。
仆固怀恩引诱吐蕃、回纥、党项入侵唐朝，代宗命郭子仪驻扎奉天，并问御敌方略，郭子仪答道：“仆固怀恩虽然强健勇敢，但不得人心。而且士兵都是我以前的部下，他们会忍心与我刀剑相向吗？”不久，回纥与吐蕃军进逼奉天。众将请求进攻，郭子仪道：“敌军深入我境，利于速战，他的部下长期受我的恩德，我不进攻他们，他们将自然改变主意。敢说出战的斩！”并坚守营垒防御敌军，敌军果然退去。
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朔方兵马使浑瑊、讨击使白元光早先镇守奉天，吐蕃列阵，浑瑊率两百骑兵冲击，身先士卒，敌人溃散。浑瑊俘虏一名敌将骑马回营，跟随的骑兵都没有受伤的。城上的士兵看到，勇气振奋。唐军连日进攻，吐蕃军队死伤众多。后来吐蕃收军还营，浑瑊趁晚上率兵袭击，杀死敌人千余，浑瑊前后与敌人交战二百多回合，斩首五千级。郭子仪第三子朔方行营兵马使郭曦也在泾水打败吐蕃军队，朝廷任命郭子仪兼河中副元帅，并进封尚书令，郭子仪三次上表朝廷恳辞尚书令，唐代宗为他的高风亮节所感动，特别命令将此事记入国史。
郭子仪统率河南道节度行营，再次出镇河中府，仆固怀恩游说吐蕃、回纥、党项、吐谷浑、奴剌等国，聚集三十万军队，掳掠泾州、邠州、凤翔，进犯醴泉、奉天。代宗命李忠臣屯兵渭桥，李光进屯兵云阳，马璘、郝廷玉屯兵便桥，骆奉先、李日越屯兵厔盩，李抱玉屯兵凤翔，周智光屯兵同州，杜冕屯兵坊州，代宗亲自率兵驻守苑中，并命郭子仪率军一万驻守泾阳，兵力一万人。
郭子仪到泾阳时，敌军已经围城，郭子仪命部将李国臣、高升、魏楚玉等各当一面，而自己率甲骑二千人出入于阵中。回纥原以为郭子仪去世，代宗驾崩，才与吐蕃军联合进犯。而今听说郭子仪健在，方知上了仆固怀恩的当，郭子仪又单骑去见回纥首领，责以大义，回纥与郭子仪和好如初。恰逢仆固怀恩暴死，敌军没有了首领，于是回纥答应退兵。吐蕃军见郭子仪与回纥来往，心中猜疑，连夜退走，郭子仪派部将白元光与回纥军追击，自己率大军跟随其后，在灵台西原大破吐蕃军队，斩首级五万，生擒万人，俘获士女牛马多不胜数。
华州节度使周智光反叛，代宗命郭子仪率军讨伐，同州、华州将领闻听郭子仪出兵，于是杀死周智光，将其首级送往朝廷。吐蕃入侵泾州，朝廷诏令郭子仪率三万步骑移驻泾阳，郭子仪在灵州截击吐蕃，斩首两万。吐蕃寇灵武，朝廷诏令郭子仪率军五万自河中移镇奉天，白元光大破吐蕃于灵武，郭子仪入朝，还镇河中。
当时，在朝廷主持政事的人，如宰相元载等都认为“吐蕃频繁入侵，马璘难以抵挡”，调任马璘为泾原节度使，调任中书令、朔方节度大使郭子仪兼领邠宁庆节度使，移驻邠州。郭子仪指挥朔方军在灵州大败吐蕃军，向朝廷奏捷，郭子仪入朝，在延英殿朝见皇帝。君臣对奏慷慨甚欢，但在谈到吐蕃强大时，郭子仪流涕不止，又上表乞骸骨，未得到代宗允许。
代宗驾崩，德宗继位，郭子仪被德宗调回朝廷，进位太尉，仍兼中书令，充任皇陵使，赐号“尚父”，并加食邑至两千户，所领其他使职、副元帅等职务都被罢免。郭子仪病重，唐德宗命舒王李谊前往探病，郭子仪不能行叩拜礼，只能作揖礼。郭子仪去世，享年八十五岁，朝廷追赠他为太师，赐谥号忠武，配飨代宗庙廷，陪葬建陵，德宗废朝五日，命群臣吊唁，又亲临安福门送葬，并专门超越礼制，下诏将他的坟墓增高一丈。