经过一番准备后，唐朝的15万大军于9月27日抵达长安城西郊，在香积寺以北、沣水以东地区摆开阵势，"李嗣业为前军，郭子仪为中军，王思礼为后军"。叛军得知情况后，在唐军的北面布阵，这场决定唐朝命运的战役正式开战！最初叛将李归仁挑战，"官军逐之，逼于其陈"。
结果"贼军齐进，官军却，为贼所乘，军中惊乱，贼争趣辎重"。交战之初，唐军就陷入了不利的情况，幸亏前军主将李嗣业站了出来，他赤裸上身，手持长刀，"立于陈前，大呼奋击"，连杀叛军数十人，才稳住己方的战阵。接着李嗣业率领"前军各执长刀，如墙而进，身先士卒，所向摧靡"。
叛军虽然陷入不利，但他们并没有撤退，因为他们还有自己的杀手锏。原来叛军将自己的精锐骑兵埋伏在了军阵的东边，准备对唐军发起冲击，来赢得最后的胜利。但事不凑巧，叛军的打算落空了，唐军早就发现了叛军的骑兵，于是派朔方左厢兵马使仆固怀恩引着回纥骑兵前去交战。
