广德元年（763年）七月，吐蕃攻取河西和陇右。后唐代宗征召天下兵马，李光弼因与宦官程元振、鱼朝恩不和，便故意延期不至。十月，吐蕃攻占长安，代宗出逃陕州(今河南三门峡)，朝廷依仗李光弼为后援，数次下诏慰问其母李氏。吐蕃退兵后，朝廷任命李光弼为东都留守，观察其举动。李光弼以诏书未到为由，率军返回徐州，想要收取江淮地区的租税留下自用。代宗返回长安后，于广德二年（764年）正月再次派遣使者慰问，并派遣郭子仪将李氏从河中(今山西永济)接回长安。因李光弼惧怕鱼朝恩等人谗害而不敢入朝，部将田神功等人对其命令不再遵从，李光弼羞愧成疾，派遣部将孙珍向代宗进呈遗表，自述遗志。最终于七月十四日（8月15日）病逝于徐州，终年五十七岁。代宗为其辍朝三日，追赠其为太保，谥号为武穆。不久，李光弼部将护其丧柩返还京师长安。唐代宗派遣鱼朝恩前往其母李氏处吊唁，命令京兆尹第五琦负责监护其丧事。十一月，李光弼葬在三原（今陕西富平），代宗下诏让百官前往延平门外送葬。