李牧到朝中任职，约在前246年以后，他曾因国事需要调回朝中，以相国身份出使秦国，定立盟约，使秦国归还了赵国之质子。
公元前245年，赵孝成王逝世，悼襄王继位。
公元前244年，让乐乘代替廉颇大将军之职位，廉颇一怒之下，领军攻击乐乘，乐乘逃走，廉颇也就带领自己部下，投奔魏国去了，当时，赵奢、蔺相如已死，李牧成为朝中重臣。
公元前243年，赵王派李牧进攻燕国，攻下燕国的武遂(现河北省徐水县西北的遂城镇)、方城(现河北省固安县南)。
公元前242年，赵王派将军庞煖再次进攻燕国，杀死燕将剧辛。
公元前235年，悼襄王逝世，赵王迁即位。
公元前234年，秦大将桓齮攻取赵的平阳(今河北省邯郸市磁县东南)，武城(今山东省武城西)杀赵将扈辄于武遂，斩杀赵军十万。
公元前233年，桓齮又乘胜进击，率军东出上党，越太行山自北路深入赵国后方，攻占了赤丽、宜安(今河北蒿城西南二十里)，进攻赵的后方，直向邯郸进军，形势危急，赵王迁从代雁门调回李牧，任命其为大将军，率所部南下，指挥全部赵军反击秦军。
李牧率边防军主力与邯郸派出的赵军会合后，在宜安附近与秦军对峙，他认为秦军连续获胜，士气甚高，如仓促迎战，势难取胜，遂采取筑垒固守，避免决战，俟敌疲惫，伺机反攻的方针，拒不出战。
桓齮认为，过去廉颇以坚垒拒王龁，今天李牧亦用此计;秦军远出，不利持久，他率主力进攻肥下，企图诱使赵军往援，俟其脱离营垒后，将其击歼于运动之中，李牧洞悉敌情，不为所动。
当赵将赵葱建议救援肥下时，他说“敌攻而我救，是致于人”，乃“兵家所忌”，秦军主力去肥后，营中留守兵力薄弱;又由于多日来赵军采取守势，拒不出战，秦军习以为常，疏于戒备，李牧遂乘机一举袭占秦军大营，俘获全部留守秦军及辎重，李牧判断桓齮必将回救，遂部署一部兵力由正面阻击敌人，将主力配置于两翼，当正面赵军与撤回秦军接触时，立即指挥两翼赵军实施钳攻，经激烈战斗，大破秦军，李牧因功被封为武安君。
公元前232年，秦王嬴政再次派秦军入侵，秦军兵分两路攻赵，以一部兵力由邺(今河北临漳西南)北上，准备渡漳水向邯郸进迫，袭扰赵都邯郸，自率主力由上党出井陉(今河北井陉西北)，企图拊邯郸之背，将赵拦腰截断，进到番吾(现河北省平山县南)，因李牧率军抗击，邯郸之南有漳水及赵长城为依托，秦军难以迅速突破。
李牧遂决心采取南守北攻，集中兵力各个击破的方针，他部署司马尚在邯郸南据守长城一线，自率主力北进，反击远程来犯的秦军，两军在番吾附近相遇。
李牧督军猛攻，秦军受阻大败，李牧即回师邯郸，与司马尚合军攻击南路秦军。秦南路军知北路军已被击退后，料难获胜，稍一接触，即撤军退走。李牧击破秦军的同时，南距韩、魏。