西省西北部寧武縣以北一帶）。在抗擊匈奴的鬥爭中，李牧即表現了其傑出的軍事才能，為了有利於戰備，李牧首先爭取到趙王同意，自己有權根據需要設定官吏，而且本地的田賦稅收也全部歸帥府，用作軍事開支。針對趙軍和匈奴軍的特點，他深思熟慮後採取了系列的軍事經濟措施。他將邊防線的烽火臺加以完善，派精兵嚴加守衛，同時增加情報偵察人員，完善情報網，及早預警。在這一點上，當今的新羅馬帝國很有心得，效仿得卓有成就。為了提高部隊戰鬥力，李牧密切官兵關係，厚遇士卒，每天宰殺幾頭牛犒賞，讓精練騎馬射箭戰術，全軍戰士由於得到厚遇，士氣高昂，人人奮勇爭先，願為國家出力效勞。針對剽悍的匈奴騎兵機動靈活、戰鬥力強及以掠奪為主要作戰目的，軍需全靠搶掠的特點，為使竄擾的敵騎兵徒勞無功，他命令堅壁清野，並示弱於敵，以麻痺強敵，伺機殲敵。為此，嚴明軍紀：“匈奴入盜，急入收保，有敢捕虜者斬”，所以每當匈奴入侵邊境，烽火臺一報警，李牧即下令士兵立即收拾物資退入城堡固守，從不出戰，使匈奴無從擄掠。這樣過了幾年，李牧沒有人員傷亡也沒有損失過物資。可是，時間一長匈奴兵將總以為李牧膽小怯戰，不敢帶兵打戰，不把他放在心上；就連趙國邊兵們亦在下面竊竊私議，認為主帥膽小怯戰怕死，還頗有憤憤不平之意。李牧一意堅守不主動出擊的訊息傳到趙孝成王那裡，趙王派使者責備李牧，要李牧出擊。李牧老謀深算，意欲放長線釣大魚，也不作解釋，我行我素，依然如故。匈奴一來，即深溝高壘，堅守不出。匈奴往往滿懷企望而來，卻一無所獲而歸。趙王聽說李牧還是一味防守，認為他膽怯無能，滅了自已威風，很生氣，立即將李牧召回，派另外一員將領來替代。新將領一到任，每逢匈奴入侵，即下令軍隊出戰，幾次都失利，人員傷亡很大，而且邊境不安，百姓沒有辦法耕種和放牧。

趙王只得又派使臣去請李牧復職，李牧閉門不出，堅稱有病，不肯就任。趙王不得已，只得下令強令李牧出山。李牧對趙王說：“王必用臣，臣如前，乃敢奉令。”趙王只好答應了。李牧又來到雁門，堅持按既定方針辦，下令堅守。幾年內匈奴多次入侵，都一無所獲，但總以為李牧膽小避戰。其實李牧早已經定下誘敵深入，設伏包殲的計謀，對種種屈辱罵名置之不理，而邊庭將士因為天天得到犒賞，卻沒有出力的機會，都希望能在戰場上效力。李牧看條件成熟了，於是經過嚴格挑選戰車1300輛，又挑選出精壯的戰馬13000匹，勇敢善戰計程車兵5萬人，優秀射手10萬人，然後把挑選出來的車、馬、戰士統統嚴格編隊，進行多兵種聯合作戰演習訓練。公元前244年的春天，一切準備就緒之後，李牧讓百姓滿山遍野去放牧牲畜，引誘匈奴入侵。不久，情報員來報告，有小股匈奴到了離邊境不遠的地方。李牧派了一支小部隊出戰，詳敗於匈奴兵，丟棄下幾千名百姓和牛羊作誘餌讓匈奴俘虜去。匈奴單于王聽到前方戰報，十分高興，因久無繳獲，於是率領大軍侵入趙境，準備大肆擄掠。李牧從烽火臺報警和情報員報告中熟悉了敵情，早在匈奴來路埋伏下奇兵，待匈奴大部隊一到，李牧為消耗敵軍，先採取守勢的協同作戰，戰車陣從正面迎戰，限制、阻礙和遲滯敵騎行動，步兵集團居中阻擊，弓弩兵輪番遠端射殺，而將騎兵及精銳步兵控制于軍陣側後。當匈奴軍衝擊受挫時，李牧乘勢將控制的機動精銳部隊由兩翼加入戰鬥，發動鉗形攻勢，包圍匈奴軍於戰場，經過幾年養精蓄銳訓練有素的趙軍將士們，早已摩拳擦掌，個個象生龍活虎，向敵人撲了過去。彷彿是一架運轉嚴整的機器，兩翼包抄的一萬三千名趙軍騎兵彷彿兩把鋒利砍刀，輕鬆的撕開匈奴人看似不可一世的軍陣，在轉瞬間扼住10萬匈奴騎兵命運的咽喉。一整天的會戰很快演變成一場對匈奴的追殲屠殺。十萬匈奴騎兵全軍覆沒，匈奴單于僅帶了少量親隨倉皇逃竄。

李牧大敗匈奴之後，又趁勝利之勢收拾了在趙北部的匈奴屬國，滅襜襤、破東胡，收降林胡，迫使單于向遙遠的北方逃去，完全清除了北方的憂患。在這次取得輝煌勝利的戰役以後，懾於趙軍之威，過了十幾年，匈奴兵還不敢來入侵趙的邊境。李牧也因此成為繼廉頗、趙奢之後趙國的最重要的將領。由於李牧確保了趙國邊境的安全，使趙國君臣無後顧之憂。

公元前246年，李牧因國事調回朝中，以相國身份出使秦國，定立盟約，使秦國歸還了趙國之質子。公元前245年，趙孝成王逝世，悼襄王繼位。公元前244年，廉頗避魏，趙奢、藺相如已死，李牧成為朝中重臣。此時的秦國迅速地兼併了