正值吐蕃军围攻凤翔，马璘率众手持满弓，直指吐蕃军队，突入城中，随后又身不解甲，背城出战，单骑身先士卒奋击，俘斩蕃军数千人，血流于野。吐蕃军再次逼城请战，马璘打开悬门严阵以待，吐蕃军一见马璘出现，心中胆怯，说道：“这位将军不怕死，我们应该避开他。”于是，撤军而走，据守原、会、成、渭等州以便它图。经过此战，马璘名声大振，代宗回京后，对他的表现非常满意，令其兼御史中丞之衔。唐代宗以马璘兼南道和蕃使，出访吐蕃，不久，又任四镇、北庭行营、邠宁节度使兼御史大夫，旋加检校工部尚书。
当时，吐蕃趁唐朝内乱之机，夺取了唐朝大量的领土，并且不断侵犯边境，而泾州离吐蕃较近，为了对付吐蕃，加强泾州的防务，代宗将马璘调至泾州，兼权知凤翔、陇右节度副使及泾原节度、泾州刺史，其余职位如故，而后又任河南道副元帅，以郑、滑二州隶属于他。
马璘到泾州后，立即“分建营堡，缮完战守之具”，仆固怀恩再次诱引吐蕃、回纥、党项羌、奴刺、吐谷浑等三十余万大军分兵三路南下攻唐，其中北路大军由吐蕃大将尚结息、赞摩、马重英率领，自泾州、邠州、凤翔府攻取奉天、醴泉，进逼长安，回纥军继吐蕃之后，仆固怀恩率朔方兵二十万为后援。吐蕃等三路大军压境，京师震恐，代宗下制亲征，并派中使追回淮西节度使李忠臣驻守东渭桥，派检校太子太保李光进驻兵云阳，马璘则与河南节度使郝廷玉驻守便桥。
当时，马璘部在武功东原与吐蕃军游骑四百余人相遇，马璘派五十名精兵偷袭蕃军游骑，大败敌军，在唐军的不断抵抗下，联军进展缓慢，不久又得知仆固怀恩暴死，加上内部不和，遭到唐军反击，大败而走。