安史之乱爆发后，唐朝调河西、陇右、西域等地军队的精锐东援。吐蕃乘虚而入，当地守军力不能支，河陇、西域之地先后为吐蕃所占。唐蕃战争的主要战场东移到今宁夏、甘肃东部、陕西以及四川西北部，唐蕃双方由以河陇、西域两个战场互相策应改为以今陕甘宁一带和今川西北一带两个战场互相策应。吐蕃经常长驱直入唐境，唐都长安也处于吐蕃的威胁之下，代宗广德元年（763年），甚至一度攻占长安。当时，唐将郭子仪在兵力不足的情况下，广设疑兵，吓阻敌军。吐蕃不知虚实，据长安10余日后退走。
这一时期，唐朝大量从内地调兵到边境防御吐蕃。因吐蕃多在秋高马肥时进攻，这些军队被称为防秋兵。唐朝虽然在战略上完全处于防御态势，但仍力争以战役和战斗上的进攻来挫败敌军，采用的仍是依托坚固据点实施机动防御，并伺机反击的战略。如永泰元年（765年），吐蕃与回纥等连兵入侵，围泾阳（今陕西泾阳）。唐军避其锐气，严守不战，并离间二者的关系。待吐蕃撤退时，又与反戈的回纥合击追击，大破吐蕃（参见“奉天、灵台之战”）。大历三年（768年），吐蕃攻灵武（今宁夏灵武西南）。唐朔方骑将白元光反击，在灵武外围歼敌2万。同时唐将李晟迂回敌后，奇袭吐蕃后勤基地定秦堡（今甘肃临洮境内），焚其积聚，迫使吐蕃撤围退走。德宗贞元二年（786年），吐蕃入侵，长安震动。李晟派精兵于汧城（今陕西陇县）设伏，击败吐蕃（参见“汧城之战”）。此后又派兵袭破吐蕃后方的摧砂堡（今宁夏固原西北），并焚其积聚，吐蕃被迫北撤。贞元十七年（801年），吐蕃攻灵（治今宁夏灵武西南）、朔（治今山西朔县）等州。唐以“围魏救赵”之策，派西川节度使韦皋从成都西山攻入吐蕃。韦皋军转战千里，大破吐蕃，迫使吐蕃从灵、朔撤兵南下（参见“维州之战”）。
至德元年（756年）、二年（757年），吐蕃联合南诏攻克巂州，广德元年（763年），吐蕃攻克维州、松州，西川节度使高适没能夺回。永泰元年（765年），剑南节度使严武派崔宁在西山击败吐蕃军。之后，崔宁接任西川节度使，又多次击败吐蕃军的入侵。大历十四年（779年），唐代宗与阁罗凤死后，吐蕃联合南诏发兵十万攻打西川，崔宁在朝中未回，吐蕃、南诏一路连克数城。唐德宗派李晟救援，大败吐蕃、南诏联军，追至大渡河外，联军死伤七八万人。贞元三年（787年），南诏王异牟寻不堪吐蕃的压迫，开始和西川节度使韦皋接触。贞元八年（792年），韦皋俘获吐蕃将军论赞热；贞元十年（794年），南诏正式归附唐朝，在神川大破吐蕃；贞元十八年（802年），韦皋俘获吐蕃将军论莽热，吐蕃由盛转衰。
这一时期，唐和吐蕃都很重视建立反对对方的同盟。起初是吐蕃联合回纥、南诏攻唐，后来唐分化瓦解了吐蕃与回纥、南诏的同盟关系，并北和回纥，南通南诏，西结大食、天竺，使吐蕃四面受敌，其兵力大半驻在西域，抵御大食的东进。从此，吐蕃再也无力大举攻唐。
占领陇右
天宝十四年（755年）十二月，唐朝将朔方、河西、陇右边军大量内调，平息安禄山叛乱，西北边防虚弱，吐蕃趁唐内乱攻略陇右诸州。至德元年（756年）十二月，吐蕃陷陇右所辖的（今青海湖边）威戎、神威、定戎、宣威、制胜、金天、天成等6军及石堡、百谷、雕窠3城，同时又陷鄯、武、叠、宕4州。宝应元年（762年）至广德元年（763年），先后取秦、渭、洮、临、成、河、兰、岷、廓9州。
直下长安
广德元年（763年）十月，吐蕃以吐谷浑与党项20万军队乘胜长驱直入，逼近长安，唐代宗仓皇出奔陕州，吐蕃军队占领长安，拥立吐蕃国舅李承宏（金城公主的弟弟）为帝，蕃军不适应长安秋季的酷热，吐蕃军中疾病流行，加上唐朝勤王之军逼近，吐蕃军入据长安15天而退出长安。至此，陇右道东段的十三个州全陷入吐蕃之手。
占领河西
此后，吐蕃军队开始向西行，取黄河西北地区的陇右诸州，亦称河西道。广德二年（764年），吐蕃陷凉州；河西节度使杨志烈因攻仆固怀恩不成，军队丧失殆半，以孤城无援，出奔甘州，被沙陀人所杀。永泰二年（766年），陷甘州及州境的居延海（今内蒙古额济纳旗），吐蕃北边界拓至回纥，大历元年（766年）与大历十一年（776年），由东而西攻克肃州、瓜州。同时，吐蕃也开始围攻沙州；大历元年（766年），杨休明继任河西节度使，徙镇沙州，后有刺史周鼎，大历六年（771年），因欲弃城东奔而被都知兵马使阎朝杀，此后阎朝领州人保城抵抗，建中二年（781年），在粮械皆竭的情况下，以勿徙它境为条件而开城出降，沙州遂陷。吐蕃西进陷伊州（今新疆哈密），刺史袁光庭自天宝末年坚守累年，后粮尽兵乏，城陷而殉城。
秋季战争
在入据长安之后，终唐代宗之世，吐蕃军队每年秋季都要骚扰攻击唐朝，京城每次都要戒严，称之为“防秋”。
图（唐代宗李豫）
广德二年（764年），仆固怀恩叛唐招引吐蕃攻邠州。永泰元年（765年），联合回纥入侵，回纥军被郭子仪劝退且反击吐蕃军。大历元年（766年），吐蕃攻打原州。大历二年（767年）春，代宗派宦官鱼朝恩和吐蕃会盟，九月，吐蕃攻打灵州，郭子仪、路嗣恭率军防守。大历三年（768年），吐蕃攻邠州、灵州，马璘、李抱玉、白元光、李晟率军抵御。宰相元载建议，郭子仪的朔方军镇守邠州，马璘率领安西四镇军镇守泾州。大历四年（769年），吐蕃攻灵州，留后常谦光击退。大历五年（769年），吐蕃攻永寿。大历六年（771年），吐蕃攻青石岭。大历七年（772年），吐蕃攻灵州。大历八年（773年），吐蕃攻灵州，浑瑊败于宜禄，马璘败于盐仓，段秀实坚守邠州。之后，郭子仪检讨了责任，浑瑊、马璘在百城、潘原截获了吐蕃掠夺的辎重。大历十年（775年），吐蕃攻陇州、泾州，马璘和刚刚入朝的幽州节度使朱泚率兵抵御。大历十一年（776年），吐蕃攻石门镇。大历十二年（777年），吐蕃攻原州、坊州、盐州、夏州，郭子仪派李怀光抵御。大历十三年（778年），吐蕃大将马重英攻灵州、庆州、盐州、银州、泾州。唐朝军队疲于应付吐蕃的扰边，无力处理安史之乱的善后，导致了河北三镇的作大，藩镇割据的形成。