当天晚上，李牧亲自带着几个斥候，悄悄摸到秦军大营附近侦察。他看到秦军大营戒备森严，营门口有士兵来回巡逻，营里灯火通明，还能听到秦军士兵的喊杀声，显然是在加紧训练。
回到赵军大营，李牧召集众将开会。他说：“秦军远道而来，粮草肯定不多，想速战速决。桓齮要是见咱们坚守不出，肯定会想办法诱咱们出战。依我看，他下一步可能会进攻肥下，想让咱们去救援，然后在半路上设伏。”众将一听，都点头称是。李牧接着说：“既然他想诱咱们，咱们就将计就计。左将军，你带两万士兵，在营里虚张声势，多插旗帜，白天敲鼓，晚上点灯，让秦军以为咱们要坚守大营；我带五万精锐，趁夜偷袭秦军大营，只要烧了他们的粮草，秦军就会不战自乱！”
众将领命，各自去准备。当天夜里，月黑风高，正是偷袭的好时机。李牧率领五万精锐，悄悄离开了赵军大营，朝着秦军大营摸去。一路上，士兵们都下马步行，马蹄上裹着布，嘴里衔着枚，生怕发出一点声音。
快到秦军大营时，李牧让士兵们停下来，派几个身手敏捷的斥候摸进营里，杀了营门口的巡逻兵。然后，他大手一挥，士兵们如猛虎下山，冲进了秦军大营。秦军士兵大多在睡觉，突然听到喊杀声，都慌了神，有的连衣服都没穿好，就拿着武器冲了出来，结果刚出门就被赵军砍倒。
李牧带着士兵，直奔秦军的粮草营。粮草营里有几千秦军守卫，见赵军冲进来，连忙抵抗。可赵军将士们个个勇猛，很快就杀散了守卫，放火把粮草营烧了起来。火光冲天，照亮了整个夜空，秦军大营里顿时乱成一团。
正在肥下准备攻城的桓齮，突然看到大营方向火光冲天，心里一惊：“不好，大营被袭了！”他连忙下令：“全军撤退，回援大营！”秦军将士们听说大营被袭，粮草被烧，都无心恋战，纷纷掉头往回跑，队伍乱成了一锅粥。
桓齮带着秦军，慌慌张张地往大营赶，刚走到一条山谷里，就听到一声炮响，两边山坡上突然冲出无数赵军。原来，李牧早就料到桓齮会回援，提前在这里设下了埋伏。赵军弓弩手万箭齐发，秦军士兵纷纷倒下；长枪兵从山坡上冲下来，拦住了秦军的去路；铁骑队则从后面冲上来，把秦军夹在了中间。
桓齮见状，知道大势已去，可他还想拼死一搏。他挥舞着大刀，杀了几个赵军士兵，想冲出重围。李牧骑着白龙驹，手持龙泉宝剑，冲了上去，大喝一声：“桓齮，哪里跑！”桓齮回头一看，见是李牧，吓得魂飞魄散，不敢恋战，拔马就跑。李牧在后面紧追不舍，一剑砍中了桓齮的肩膀。桓齮惨叫一声，带着几十个亲兵，狼狈地逃了出去，连自己的盔甲都丢了。
这一场肥下之战，李牧全歼秦军主力，斩杀秦军七万余人，缴获战马两万多匹、兵器无数。消息传到邯郸，赵王迁亲自出城迎接李牧，拉着他的手说：“将军真是赵国的救星啊！要是没有将军，邯郸就保不住了！”当即下旨，加封李牧为武安君，食邑万户，还把自己的妹妹许配给了李牧。
肥下之战后，秦国消停了两年。可秦王政灭赵的念头一刻都没放下，到了公元前229年，他派王翦和杨端和两位大将，率领二十万秦军，分两路进攻赵国。北路王翦率军出井陉，直逼邯郸以北；南路杨端和率军进攻邯郸以南，想两面夹击，一举灭赵。
赵王迁连忙让李牧率军抵抗。李牧临危受命，担任赵国的大将军，统领全国兵马。他仔细分析了战局，认为北路秦军是主力，只要打退了王翦，南路的杨端和就好对付。于是，他派副将司马尚率领三万士兵，驻守邯郸以南，抵抗杨端和；自己则率领十万大军，北上抵抗王翦。
李牧率军来到井陉附近，与王翦的秦军对峙。王翦知道李牧厉害，不敢贸然进攻，坚守营垒，与赵军对峙。李牧也知道秦军势大，不能硬拼，于是采用疲敌战术：每天派小股部队袭扰秦军，让秦军不得安宁；又在秦军的粮道上设伏，截获秦军的粮草。
就这样，两军对峙了三个多月，秦军粮草越来越少，士气也越来越低落。王翦心里很是着急：“再这样下去，不用赵军打，咱们自己就被脱垮了。”他想来想去，终于想出了一个毒计——反间计。他派人偷偷潜入邯郸，用重金收买了赵王迁的宠臣郭开，让郭开在赵王面前散布谣言，说李牧和司马尚与秦军勾结，准备谋反，要献出邯郸，投降秦国。
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这郭开是个贪财好利的小人，收了秦国的重金，就开始在赵王迁面前说李牧的坏话。一开始，赵王迁还不信，说：“李将军是赵国的忠臣，怎么会谋反呢？”可郭开天天在赵王面前说，还伪造了李牧与秦军往来的书信，找了几个假证人，说亲眼看到李牧与秦军使者见面。
赵王迁本就是个昏庸无能、多疑的人，听郭开说得多了，又看到“证据”，心里就犯了嘀咕。他找来几个大臣商议，可这些大臣要么是郭开的同党，要么害怕郭开，都顺着郭开的话说：“大王，李牧手