史思明此次攻打太原，共计兵分四路。其中，史思明由博陵出兵西进，高秀岩由大同出兵向南，蔡希德由上党出兵北上，另有一路兵马，大将乃牛庭介，此人自范阳出发，前来太原与史思明会师。
四路兵马，几乎同时抵达太原城外，故大战尚未正式打响，燕军已封锁了唐军的一切出逃之路。李光弼属下众将分析过双方的实力差距，集体给李光弼提了一个建议：修城。
“趁着叛军初来乍到，一时不会发动进攻，将军可凭借刚烧制好的数十万块土砖，让全城军民修缮城防，待敌来攻。”
这个主意看似不错，刚好砖头又是现成的，众将理所应当地认为，李光弼之前让钱工们大量烧制砖块，也是为了这事。孰料李光弼听后果断摇头：“糊涂，太原城难道是普通的城池？若要把整座城池修葺一下，只怕用不着敌军进攻，我军士兵先已自己累垮了。”
众将听后立即反应过来：也对，太原城是李唐王朝的发祥之地，其地位是仅次于长安、洛阳的存在—不但长安、洛阳二城，可称作西京、东京，太原城也同样可称之为“北京”。所以，太原的城墙不但全是用砖石修葺（在明朝之前，由于烧制砖块的效率低下，除非特别重要的城池，大多数城池都是土墙，所以张巡之前修补城墙时用的是木板，因为土墙沾水之后会变软，木板可以轻松卡入土墙之中，待水分蒸发，土墙变坚硬后就会和木板融为一体），坚固异常，其城池的面积也是非常辽阔—方圆四十里。城内的军队总计才不到一万人，就算加上百姓，要想在短时间内把整座城墙加固一遍，谈何容易？何况这么长的城墙，数十万块砖也远远不够。
“那么将军，既然您并不打算修城，又为何提前准备这么多砖块呢？”
“过几日你等便一清二楚了。”
再说燕军抵达之前，钱工们为了烧制土砖，在城外大量取土，不知不觉，竟环绕着偌大的太原城，渐渐挖出了一条宽阔的壕沟。史思明等人到后，发现要想接近城池，就必须在壕沟上搭建木桥才能通过。叛军有十万兵马，一应攻城器械也都齐备，搭建几条木桥实在容易不过；但是，也正因为叛军人数太多，就算有了木桥，却也只能数百人一批，数百人一批地通过木桥向城池发起进攻，而不能一拥而上。史思明知道李光弼有化腐朽为神奇之能，当然不敢草率地用这种添油战术，他命令部下：在攻城战打响之前，先用他们带来的数十辆投石车轰击城墙，直到把城墙轰塌一面，全军方才跨过木桥，兵临城下。
此令下达后，数十辆投石车被燕军推至阵地前沿，开始用石块频繁向太原城墙发起攻击。自投石车于东汉末年问世以来，经过不断的改良，此时已是非常常见的“大规模杀伤性武器”，太原的城墙哪怕是砖石结构，也经不起投石车的反复攻击，果然，很快有墙面出现豁口，且豁口越来越大，燕军轰击了整整一日，史思明眼见有好几处坍塌的地方已宽达数丈，容得几十匹战马并行，方才满意地下令全军道：“今日天色已晚，反正太原城的城墙已经千疮百孔、形同虚设了，将士们休整一下，明日再战，咱们一鼓作气攻入城内！”
结果到了第二日早上，燕军重新来到太原城外，仔细一看，顿时傻眼了：昨日我军用投石车砸出来的那些缺口呢…怎么全给补上了？
没错，这些缺口在一夜之间，就被李光弼带人全部补好了—城里堆着数十万块砖，修理这些缺口，所用的砖块还不足百分之一。这也正是李光弼的高明之处：与其浪费人力和砖块，把整座城池修葺一遍，还不如“好钢用在刀刃上”，只修被叛军砸毁的部分。而且他修补城墙时还有个优势，那就是太原城和叛军阵地之间被漫长的壕沟隔着。叛军若想一边轰击城墙，一边发动攻城战，就只能把十万大军拆开，分批跨过木桥，陆续展开进攻，这样唐军便能对其一一击破；且投石车的准头有限，叛军若顶着石块攻城，极易被误伤。
没办法，城外的史思明只得让士兵们再次把投石车摆开，重新把城墙砸一遍。城内李光弼则气定神闲地让唐军将士手持砖块，集体待命，只待叛军停止攻击，就抢在叛军大规模通过木桥之前，立即就地修补毁坏的部分。如此双方对峙了多日，叛军用作攻击的石块投掷得差不多了，唐军预备的砖块还没用完一半，正当史思明心焦不已，犹豫该不该继续执着于轰击城墙之时，只听身旁的士兵大呼小叫，忽然纷纷溃逃！
没等史思明反应过来到底发生了什么意外，在他前方，之前被叛军投掷出去的那些大大小小的石块已调转方向，朝着他所在的位置砸来。史思明一拍大腿：“不好，李光弼怎么也有投石车，快跑！”
要知道，投石车并不是叛军的专利，数日之前，李光弼在带着士兵修补城墙的同时，已下令城内的工匠们也着手打造投石车，从而以彼之道，还施彼身，甚至连石块都是叛军给他们提供的。而李光弼聘用的那些工匠，技术水平明显在叛军之上，经他们一番倒腾，甚至制造出数台需要合两百人之力才能发动的超大型投石车。这种投石车不是“一石一发”，而是“数十石一发”，只要发动一次，就能轻轻松松砸死数十名敌军。史思明见状胆战心惊，只得下令全军暂时后撤，仅留下少数士兵在阵前继续操纵投石车，与唐军互相对射。结果不言而喻，唐军的超大型投石车一出，燕军之前看似还算厉害的投石车立即变得跟孩童玩弄的小弹弓一样，短短半个时辰之内，就逐一被唐军全部击毁。史思明眼看投石车已无用武之地，只得另寻攻城的办法。