疏勒镇曾一度被吐蕃攻陷过，城池残破，缺乏用水。李嗣业不辞辛苦，带领大家修复城墙，挖掘沟渠，引水灌溉，短短几年，疏勒镇面貌一新，成为一方富镇。
当时，高仙芝身为安西四镇节度使，
开始了雄心勃勃的扩张计划。他屠戮石国，诸胡震怒，招来了大食国的军队，怛罗斯之战爆发了，相持五天五夜之后，葛罗禄人被大食军队收买，
临阵倒戈，唐军终于溃败。“士卒死亡略尽，所馀才数千人”，高仙芝本想收拾残部再战，李嗣业见大势已去，劝其退兵。唐军的盟友拔汗那部众阻塞了退路，
唐军情势危急，退无可退。右威卫将军李嗣业手持大棒，连人带马打死了上百名拔汗那士兵，才为唐军开通了道路。别将段秀实颇为不满，昂然争辩，“避敌先奔，无勇也；全己弃众，不仁也。幸而得达，
独无愧乎”，李嗣业大为羞惭，知耻而后勇，率领陌刀队留拒追兵。陌刀队勇猛绝伦，如墙前进，大食联军顿时胆寒，不敢再行追击，
李嗣业收拢散兵游勇，“得俱免”。回到安西以后，李嗣业向高仙芝推荐了段秀实，“以秀实兼都知兵马使，为己判官”。
天宝十二年，李嗣业升为骠骑大将军，回京面圣。酒宴之中，他跳起了疏勒的民间舞蹈，令唐玄宗大为欣赏。
鉴于李嗣业镇守边疆劳苦功高，皇帝的赏赐极为丰厚，但李嗣业回到安西都护府之后，
就把这些赏赐全部充公了，他自己一向不置私产，只养了十匹精壮的大宛马。
平时的赏赐也多分给将领士，因此深受将士们的喜爱和敬重，都愿意跟他冲锋陷阵。
天宝十四年（公元755年）十一月。平卢、范阳、河东三镇节度使安禄山以杀杨国忠为名，在范阳起兵造反。安史之乱爆发了，
唐玄宗逃往蜀地避难，长安和洛阳都陷入了叛军手中，多少龙子风孙，成为叛军的刀下之鬼。皇太子李亨不负众望，挺身而出，
在众人的拥戴下，于甘肃灵武称帝。是为唐肃宗，遥奉唐玄宗为太上皇。各地勤王之师纷纷赶到，李嗣业带领的五千安西精锐粉墨登场了。
安西精锐的到来，让唐肃宗吃了一颗定心丸，感到十分安慰，唐肃宗对李嗣业说，“今天有你助阵，胜过数万兵卒。
成功与否，就看你的表现啦”，李嗣业和安西精锐为大军先锋。每战必持大棒冲击，
势不可当，所向披靡。在这支队伍里。涌现了白孝德、荔非元礼等诸多名将，后来都成为保卫大唐江山的栋梁之臣。
唐至德二年(公元757年)，安禄山被他的儿子安庆绪杀死，唐军集结了十五万人马，以李嗣业为前军，王思礼为后军，郭子仪自领中军，在长安城西的香积寺北与安守忠、李归仁的十万叛军决战。贼将李归仁率精锐骑兵数次挑战，
都被唐军万箭齐发。射了回去，唐军骑兵乘胜与叛军激战。结果不敌叛军，反被叛军突入唐军阵营。此时。唐军阵营一片混乱，溃兵不断后撤，眼看唐军士气就要崩溃。
李嗣业站了出来，他对郭子仪言道，“今天不跟敌人拼命，我们每个人都休想活着回去。为国家牺牲，请从嗣业开始”。
他赤膊上阵，手持陌刀立于阵前大呼，溃兵经过他的身边，陌刀一挥，人马俱碎，连杀了十几个溃兵，才重新稳住了唐军的阵角。
李嗣业率领他的陌刀队排成一条散兵线，如墙而进，他冲锋在前，所向无敌，唐军逐渐占据了格斗的上风。
叛军正面进攻未能奏效，埋伏于阵东的叛军骑兵乘机杀出，偷袭唐军后方，唐军大将仆固怀恩率领四千回纥骑兵迎头痛击，叛军骑兵伤亡殆尽，
李嗣业与回纥骑兵冲锋在前，又迂回敌后，中军在郭子仪的带领下奋勇杀敌，双方从中午一直战到晚上，唐军斩首六万余级，取得了振奋人心的大捷。
安守忠、李归仁放弃长安，向东撤离，安庆绪再度集结叛军十五万人，在新店（今河南陕县西）与唐军鏖战，李嗣业再为前锋，与回纥合兵，表里齐进，贼众大败，安庆绪惊恐之下，
只带了一千多步骑兵逃到邺城（今河南安阳），唐军收复了西京长安和东都洛阳，李嗣业以功加开府仪同三司、卫尉卿，册封为虢国公，食实封二百户。
乾元二年，唐军围困邺城，筑堤引漳水灌城，“经月余，城不拔”。李嗣业亲自“被坚冲突，履锋冒刃”，
终于被流箭所伤。他在帐中养伤几日，本来伤势好得很快，一天晚上，突然听到外面金鼓齐鸣，以为又要打仗，从病榻上一跃而起，大叫杀贼，箭疮破裂，
流血数升，一代名将，就此而逝。皇帝听到恶耗，十分震惊，伤痛不已，追赠李嗣业为武威郡王，谥号忠勇。李嗣业的儿子李佐国袭封爵位，食实封二百户。后来李佐国因为父亲的功绩，死后追赠宋州刺史。
“北庭送壮士，貔虎数犹多，精锐旧无敌，边隅今若何?妖氛拥白马，元帅待雕戈，莫守邺城下，斩鲸辽海波”，每当咏起杜