李林甫當政時，混血胡人安祿山受玄宗寵信，提拔為范陽(今北京城西南)、平盧(今遼寧省朝陽縣)兼河東(今山西太原市西南)節度使。安祿山貌似忠誠，生性狡詐，是個很會拍馬逢迎之徒，他身體肥胖，自稱三百斤。唐玄宗曾開玩笑地問他：胡兒肚子這么，里面裝的是什么他回答：只有一顆忠于陛下的赤誠之心。唐玄宗非常高興。安祿山請求做楊貴妃的干兒子，玄宗同意了。一次唐玄宗與楊貴妃共坐，安祿山先拜貴妃，再拜唐玄宗，并說：胡人是先母后父。唐玄宗聽后更為喜悅。

楊國忠和安祿山爭寵，互相看不起。矛盾越演越烈。安祿山經常進出長安，見內地兵力不足，長安防務松弛，就在范陽招兵買馬，趕造兵器，儲積糧草，準備奪取唐朝江山。臣下奏說安祿山有反意，玄宗不信。直到安祿山撤換了范陽的32名漢將，并且開始拒絕玄宗的召見，玄宗才開始懷疑他，但又不作防備。

755年10月，安祿山以討楊國忠為名，發動所屬十五萬軍在范陽叛亂，引兵南下。當時天下太平日久，武備松弛，百姓不知戰爭，突然聽到范陽起兵，遠近震驚，所過州縣，望風瓦解。叛軍很快就攻占了洛陽，756年正月，安祿山在洛陽自稱燕皇帝。準備西進奪取長安。楊國忠怕眾將領立功而于已不利，慫勇玄宗瞎指揮，使唐軍遭到慘敗，潼關失守，叛軍直逼長安。玄宗在楊國忠的勸說下，帶著楊貴妃等人起程逃避四川，不料才到咸陽，縣令已經逃走，沒人供應飯食，玄宗命令百姓獻食，百姓獻上高梁等食物，玄宗勉強咽了幾口，流淚不止。

第三天唐玄宗他們到了馬嵬驛(今陜西省興平縣西)，隨行將士又餓又累，想到楊國忠專權誤國，致使他們受苦，都怨恨異常。于是龍武將軍陳玄禮帶領眾將士，擋住了楊國忠的馬頭，向他索討軍糧，并趁楊國忠驚慌之機，喊：楊國忠要謀反，將他拉下馬來砍死，并將尸體砍成數段，首級懸掛在驛門上示眾。然后，激憤的將士們圍住了玄宗和楊貴妃休息的驛館，喊殺聲連天。

唐玄宗忙命人出去勸解。憤怒的兵士殺死了出來勸解的臣。高力士奏請唐玄宗親自出去勸解，唐玄宗只好硬著頭皮，親自出去勸說，但是兵士仍然不肯罷休，他們聲喧嚷說：不殺貴妃，誓不護駕。唐玄宗驚失色說：楊貴妃一直深居宮，不干預外面的政事，她有什么罪該殺呢？高力士對他解釋說：楊貴妃是無罪，但將士們殺了楊國忠，留著楊貴妃哪能安心，愿陛下準將士所請。將士安心，陛下也就安全了。玄宗半晌不開口，這時外面喧嘩聲更響，高力士倉皇奏告道：兵士們要闖進來了，陛下再不決斷，他們要自己來殺楊貴妃。唐玄宗這才流淚說道：賜她自盡吧。

楊貴妃接到圣旨，驚倒在地，良久，才哭著請求見唐玄宗一面。高力士引她來到玄宗面前，她哭道：愿陛下保重。唐玄宗不忍心看她的慘容，只是以袖掩面哭泣。高力士怕士兵闖入，忙將楊貴妃帶到佛堂，楊貴妃朝北拜了幾拜說：妾與陛下永別了！然后自縊而死。

將士們聽到貴妃被處死，歡聲雷動，重新保護唐玄宗李隆基西逃。太子李亨逃往靈武(在今寧夏境內)，在郭子儀、李光弼等一班西北將領的支持下，即皇帝位，是為唐肅宗。

早年，唐玄宗李隆基曾經在勤政樓東間設金雞障，里面放置一張床榻，卷去簾子與安祿山坐在一起，觀看樓下的百戲。太子李亨勸諫說：歷觀今古，沒有聽說過臣下與君主同坐一起看戲。玄宗私下說：安祿山有異相，之所以坐在一起是為了禳除兇星。又曾與安祿山夜宴，安祿山醉臥化成一條豬但是長著龍首。左右立刻告訴了玄宗，玄宗說：這是豬龍，沒有什么作為。始終不殺安祿山。

等到安祿山叛亂后，人們才回想起當初術士李遐周說過的預言詩：燕市人皆去，函關馬不歸。若逢山下鬼，環上系羅衣。其燕市人皆去說的是安祿山與薊門之士叛亂。函關馬不歸是哥舒翰失守于潼關。若逢山下鬼是一個嵬字，即馬嵬驛。環上系羅衣，指的是楊玉環常以假髻為首飾，喜歡穿黃裙。天寶末年京師有童謠：義髻拋河里，黃裙逐水流。到此都應驗了。

后來，安祿山派部將孫孝哲進入長安，自己仍留守洛陽。這時安祿山的將領日夜縱酒，沉溺于聲色財賄之，已無再進取之意，因此唐朝的軍隊得到了重整軍備、調集重兵的機會。長安失陷后，郭子儀、李光弼奉命率軍5萬自河北至靈武，壯了朝廷的聲勢。河西(今甘肅武威)和北庭(今新疆吉木薩爾北破城子)、安西(今新疆庫車)節度使的兵也來會合。唐軍廷又得到回紇、于闐及西域諸族的援助。757年正月，安祿山被他兒子安慶緒所殺。李光弼堅守太原，屢敗敵軍;郭子儀收復河東郡(今山西永濟蒲州鎮)，解除了側面敵人的威脅，為收復兩京做好了戰略的準備。這年九月，廣平王李俶與郭子儀率軍從鳳翔出發，攻克長安，十月收復洛陽，安慶緒逃往鄴郡(今河南安陽)。此時，留在范陽的史思明不愿受安慶緒的節制而歸降了唐朝的軍隊。唐軍封他為歸義王，任范陽節度使。但唐軍又策劃消滅他。這件事被史思明知道后，他又開始反叛，與安慶緒遙相聲援。

758年9月，郭子儀、李光弼等九節度使統兵20余萬，后增至60萬，討伐安慶緒，包圍了鄴城。第二年三月，史思明率兵來增援安慶緒，唐軍60萬眾潰敗于城下，而這時的史思明殺死了安慶緒，回到范陽后，史思明稱燕皇帝。9月，他的叛軍攻占了洛陽，與唐軍相持一年多之后，他被他兒子史朝義殺死了，這時叛軍內部離心，屢為唐軍所敗。762年10月，唐軍收復洛陽，史朝義走投無路，被迫自殺了，這場持續了八年的安史之亂才告結束。

正是由于唐玄宗晚年荒淫奢侈的生活，不理朝政，任用奸臣，才導致了安史之亂的發生。安史之亂使當時生產受摧殘，田地荒蕪，百姓流離失所。安史之亂是唐朝由盛轉衰的轉折點，戰亂雖平，安史部將勢力并未消滅，藩鎮割據局面由此形成;原戰亂地區經濟遭到嚴重的破壞;吐蕃對唐的侵擾也日益頻繁，唐朝國力為削弱，其全盛時代也從此結束了。

唐軍收復長安和洛陽后，唐玄宗李隆基于757年12月返回長安，閑居于宮內甘露殿。他懷念往日的尊榮，目睹眼前的凄涼，傷感嘆息，愁苦郁悶，漸漸成病。762年4月病危，他還念念不忘楊貴妃。傳說他還請方士作法，想招來楊貴妃的亡靈相會。死前的一天，他吹了幾聲紫玉笛，聲調極其悲涼，然后命令名叫宮愛的宮女為他沐浴更衣，臥于床上。當晚，他在室內還傳出笑聲。第二天黎明，宮女進入臥房，唐玄宗李隆基已經雙目緊閉，四肢僵硬而死。死后的廟號為玄宗，謚號為明皇。