朝廷派遣王思礼率军驻守武功，兵马使郭英乂驻守东原，王难得驻守西原。叛军将领安守忠、李归仁、安太清率军进攻武功，郭英乂与叛军交战不利，中箭受伤逃走，王难得见死不救，也随之败退，王思礼顾及敌方势众而撤退到扶风。叛军分兵至大和关，距离凤翔五十里，唐肃宗在凤翔非常惊骇，于是进行戒严。中官以及朝廷官员都派出自己的儿子出战，唐肃宗派遣左右巡御史虞侯将他的名字写上，这类事情方得到制止，同时命令司徒郭子仪率领朔方的军队击退叛军。
王思礼跟随元帅、广平王李豫收复西京长安，叛军已败，王思礼带领军队率先进入景清宫，后跟随郭子仪赶赴陕城、曲沃、新店作战，连连击败叛军，收复东京洛阳。王思礼接着在绛郡击败叛军六千多人，缴获的器械堆积如山，牛马数以万计，由于王思礼屡立战功，朝廷于是升任他为户部尚书，封霍国公，食邑三百户，兼任潞、沁等州节度使。
王思礼与郭子仪等九位节度使在相州包围安庆绪，王思礼统领关中、潞州的行营步兵三万人、骑兵八千人，大军溃败，惟独王思礼和李光弼两支人马齐全。不久，王思礼在直千岭击败史思明别将一万多人，在潞城东面击败史思明部将杨旻。李光弼镇守河阳时，王思礼代任河东节度副大使，唐肃宗诏令王思礼担任太原尹、北京留守、河东节度使，兼任御史大夫，在职期间，军队器械精良，存贮军粮达一百万石。
唐肃宗加任王思礼为司空，从唐高祖武德年间以来，身为三公而不居相位，只有王思礼一人而已。王思礼因病去世，唐肃宗下令辍朝一天，追赠王思礼为太尉，赐谥号武烈，并派遣鸿胪卿负责办理王思礼的丧事。