随后，郭子仪与另一唐将王思礼会合，驻军长安城西，李归仁与安守忠率兵抵御，双方相持7日。5月初六，安守忠假装撤退，郭子仪率兵追击。叛军以9000精锐骑兵摆成长蛇阵，官军从中路进击，叛军变为首尾两军，夹击官军，官军大败，监军孙知古、判官韩液被俘，辎重尽失，郭子仪退守武功。

757年9月，郭子仪会合各路唐军，加上精锐的回纥骑兵，再次进攻长安。9月27日，双方在长安城西再次展开大战。李归仁出阵挑战，诈败逃回阵中，官军追击，将近叛军阵前，叛军突然发起猛攻，官军大乱，连连败退，叛军乘机抢夺官军丢下的物资。唐将李嗣业见状，身先士卒，奋勇杀敌，这才稳住了唐军阵脚。另一唐将王难得眼睛中箭，仍奋勇作战，不下战场。双方混战多时，不分胜败。叛军伏精兵于阵东，欲从后面袭击官军，不料被唐军侦察发现。唐将仆固怀恩率回纥骑兵突然向叛军伏兵发起进攻，全歼叛军伏兵，叛军士气大落。李嗣业与回纥兵又绕到叛军阵后，前后夹击，叛军大败，伤亡六万余人。当晚，李归仁逃出长安，投洛阳而去。

不久，叛军在陕郡再次惨败，安庆绪放弃洛阳，逃往邺郡。李归仁本就不服安庆绪，遂借机率数万曳落河、同罗、六州胡精兵逃往范阳。途中，他们在所经过的地区大肆抢掠，将人财抢掠一空。叛军的范阳节度使史思明一面重兵防备，一面派使者招抚，李归仁遂率曳落河、六州胡人归附史思明。同罗军不服，史思明发兵大败之，将其掳掠的物资全部夺走，同罗残兵逃回本国。

758年9月，唐发九节度使攻邺郡，安庆绪迎战失利，向史思明求救，表示愿让位于史思明。史思明于是发大兵13万援邺郡，先派李归仁率步骑一万屯于滏阳，与安庆绪遥相呼应。

759年3月，史思明大败官军，解邺郡之围。不久，史思明诱杀安庆绪，自称大燕皇帝，任命周挚为宰相，李归仁为大将。

759年12月，李归仁奉史思明之命率骑兵5000攻陕州，被唐将卫伯玉击败。李归仁转攻永宁、沙栅，又被唐将李忠臣击败。

李归仁的结局正史没有记载，估计死于761年3月叛军的内讧中（史朝义杀死其父史思明）。