李牧平定匈奴之後，北方暫時安穩下來，但趙國被秦國打得夠嗆，趙國內部人才凋零，沒人能擋得住秦軍。公元前234年，趙王遷上台還不久，趁趙國君位交替，人心不穩，秦王政又派出大軍，由桓齮帶隊攻打趙國的平陽和武城。趙王遷派將軍扈輒去救火，結果敗得一塌糊塗，十萬趙軍陣亡，扈輒被殺，又是一次慘重的損失。
秦王政覺得這次是滅亡趙國的好時機，桓齮繼續攻打趙國。桓齮從上黨出發，越過太行山，繞到趙國後方，勢如破竹，直逼邯鄲。危急時刻，趙王遷趕緊把李牧從雁門郡召了回來，任命他為大將軍，抵擋秦軍。當時趙國內部沒多少人馬了，李牧隻好帶著邊防主力南下，和邯鄲守軍彙合後，到了宜安（今河北槁城西南）附近與秦軍相峙。
李牧覺得秦軍接連取勝，士氣高昂，就下令固守，以逸待勞，再伺機。桓齮這次是繞道來的，不利於打持久戰，就率領大軍圍攻宜安南邊的肥下，想誘使李牧出戰。趙將趙蔥見肥下危急，建議李牧趕緊派兵救援，李牧說：“人家打你就去救，這不是受製於人嗎，此乃兵家大忌。”趙蔥說：“你不救，肥下失守了他們照樣能進軍邯鄲呀。”李牧答：“他們打肥下，我們就去打他們大營，看是攻營快還是攻城快。”
由於李牧之前在固守，桓齮覺得他怕了，在軍營的防守比較薄弱，就剩下萬把人，大部隊都出門攻打肥下了。李牧率領趙軍發動奇襲，很快就攻占了秦軍大營。桓齮看李牧出來了，就放棄攻打肥下，掉頭準備與趙軍決戰。又是相同的套路，李牧料定桓齮會率軍返回，提前在兩側安排了伏兵，然後讓少量部隊誘敵深入。等秦軍掉入到包圍圈裡，李牧下令發動進攻，秦軍大敗。肥之戰一場圍魏救趙的典型案例，李牧將計就計，牢牢掌握住了戰場的主動權，給趙國帶來了一次久違的勝利，李牧因此打響了名號，受封武安君。