肅宗犒勞三軍，誓師收復京師。九月，李豫與副元帥郭子儀統領中軍，四鎮、伊西、北庭行軍兵馬使李嗣業擔任前軍指揮，關內行營節度使王思禮負責後軍，回紇兵馬則由葉護太子率領作為機動部隊。這支聯軍總計約十五萬人，號稱二十萬大軍，從鳳翔揮師東進，討伐叛軍。
一舉收復長安
為了確保聯盟穩固，李豫與回紇葉護太子結為兄弟，此舉贏得了回紇方面的高度信任和支援。唐與回紇聯軍推進至長安以西，在灃水東岸香積寺北面擺開三十里長的戰線，與十萬叛軍展開了激烈的決戰。從午時到酉時，雙方激戰數小時，最終唐軍大獲全勝，斬殺敵軍六萬餘人，叛將張通儒棄城夜遁。得知捷報後，李豫迅速下令入城，唐軍一舉收復長安，這一勝利標誌著唐朝開始逆轉安史之亂的局面，併為後續徹底平定叛亂奠定了基礎。
智慧與遠見
至德二年（757年），在急於收復京師的緊迫形勢下，唐肅宗與回紇達成了一項協議：一旦攻克長安，土地和百姓歸唐朝所有，而金銀財帛及婦女兒童則歸回紇。當勝利逐漸明朗時，回紇葉護太子意圖按照約定行事。但廣平王李豫深知，若此時允許大規模搶掠，將會導致洛陽民眾因恐懼而更加堅定地為叛軍死守，從而增加後續攻取洛陽的難度。於是，在馬前拜見葉護太子時，李豫誠懇地說道：
“如今我們剛剛收復了京師，如果立即進行搶掠，恐怕會讓東都的百姓對叛軍更加死心塌地，這將使我們難以再次取得勝利。希望我們能等到奪取東都之後再履行之前的約定。”
葉護被李豫的智慧與遠見所打動，不僅震驚地跳下馬來回禮，更跪下捧住李豫的腳表達其敬意，承諾即刻率軍前往東京助戰。這一舉動展示了李豫非凡的政治智慧和領導才能，他不僅成功說服了回紇軍隊暫時放棄搶掠，還贏得了對方的高度尊重和支援，確保了聯軍的團結和行動的一致性。透過這次外交上的巧妙處理，李豫不僅穩定了局勢，也增強了唐軍計程車氣，為接下來的軍事行動鋪平了道路。
深受百姓擁戴
隨後，李豫與朔方的大將僕固懷恩帶領回紇和西域軍隊從長安城南行進，紮營於滻水東岸。沿途百姓、士兵以及胡人紛紛向李豫下拜，哭訴道：“廣平王真是華夷共尊的明主！”這一舉動也贏得了肅宗的高度讚揚，他說：“朕不及廣平王！”
李豫整軍入京，受到百姓不分男女老幼的夾道歡迎，他們歡呼悲泣，表達對這位年輕領袖的崇敬。李豫留在長安鎮撫三日後，便率大軍向東追擊叛軍。到達曲沃（今河南三門峽西南）後，遭遇了由叛軍首領安慶緒集結的十五萬洛陽守軍。在新店之戰中，唐軍與回紇軍聯手夾擊，再次取得重大勝利，叛軍屍橫遍野。嚴莊、張通儒等叛將放棄陝州逃跑，李豫與郭子儀順利進入陝州，而僕固懷恩繼續分兵追擊逃敵。
嚴莊先一步回到洛陽向安慶緒報告敗績，於是，安慶緒被迫棄城而逃。回紇軍進入洛陽府庫收取財帛，並在市井村坊劫掠了三天，直到洛陽父老獻出一萬匹羅錦後才停止。李豫贈送“錦罽寶貝”給葉護太子，確保其滿意。對於投降安祿山父子的陳希烈等三百餘人，李豫遵照肅宗旨意，將其釋放並送往西京聽候處理。
監國理政
隨著兩京（長安、洛陽）相繼收復，李豫的威望達到了新的高度。至德二年十二月，肅宗封李豫為楚王；乾元元年（758年）三月，改封成王；同年五月十九日，正式立為皇太子。考慮到李豫出生時“豫州獻嘉禾”的祥瑞，唐肅宗之後又決定將其名改為李豫，以昭示吉祥。
上元二年（761年底），肅宗病重，無法理政，遂命李豫監國。當時，太上皇玄宗和肅宗均患病，李豫日夜侍疾，親自品嚐藥膳，衣不解帶，盡顯孝道。他的這些行為不僅彰顯了他的仁孝之心，也為他贏得了朝野內外廣泛的尊敬和支援。
驚變中即位
寶應元年（762年）四月，隨著太上皇李隆基的離世，唐肅宗李亨病情危急。此時，張皇后因擔憂太子李豫權勢過重難以控制，密謀召越王李系入宮，意圖廢黜李豫。然而，在十六日這天，當張皇后假傳聖旨召見太子李豫時，宦官李輔國與程元振二人事先得知了她的計劃，於是便提前採取了行動。他們在凌霄門部署了兵力。待到李豫到了後，二人忙將他安全護送到了禁軍之中。當晚，李輔國和程元振率兵軟禁了越王李系和張皇后一干人等，這一變故最終導致病中的肅宗受到驚嚇而離世。
登基後鋤奸
隨後，程元振等人迎請太子李豫到了九仙門，正式