在初次交锋中，唐军就陷入了困境。叛军将领率军进攻唐军。唐军迅速组织起抵抗，但是没过多久叛军发现唐军弱点之后迅速调集兵力强攻唐军弱点。唐军防线眼看就要坚持不住，李嗣业带领手下最精锐的陌刀队向叛军发动了冲锋。陌刀又名斩马刀，一刀可以把一匹马斩成两半，足见威力。唐军防线稳固之后叛军立即调出自己王牌骑兵向唐军发起冲击，想要突破唐军防线。但是在陌刀队坚持下，叛军骑兵并没有发挥出理想的效果，硬是被李嗣业死死挡在唐军防线前。随后唐军出动向少数民族借来的骑兵，迅速击溃了叛军骑兵部队。
叛军进攻被遏制之后郭子仪迅速带军包围叛军部队，随后叛军彻底崩溃，唐军终于遏制住了叛军前进的步伐。这场战役前后长达8个小时，战场上唐军斩首超过6万，可以说是血流成河。战役结束后，叛军仓皇逃窜，唐军成功收复国都长安。香积寺之战可以说是唐朝建国中最惨烈一战，这也是整个安史之乱的转折点。这一场战役成功延续唐朝国祚150年之久。当李享收到捷报之后更是喜极而泣。
