史書比較明確記載的，李牧是兩度擊敗秦軍。
1、在趙悼襄王時代，李牧被長期閒置這裡就有個疑問了，在長平之戰與邯鄲保衛戰之後，秦趙之間的戰事很頻繁，為什麼大多數戰役都看不到李牧的影子呢？自從李牧在北疆大破匈奴後，又在公元前243年伐燕，取二城。此後將近十年的時間裡，他就銷聲匿跡了，無論是與燕國的戰爭或是與秦國的戰爭，都沒看到他的身影。戰事頻頻，為何李牧卻被晾在一旁呢？考查史料，李牧伐燕時間是趙悼襄王二年。當時趙悼襄王執意要迎娶歌女出身的寡婦，即後來趙王遷的母親。對此，李牧是持堅決反對的態度，令趙悼襄王十分不快，由此被冷落。此後，一直到趙悼襄王去世，李牧都是被閒置的。
趙悼襄王死後，趙王遷繼位。趙王遷二年（公元前234年），秦國大舉入侵趙國。秦軍統帥桓齮出兵攻打平陽、武城，趙國政府派扈輒率軍前往救援。扈輒只是一個平庸的將領，在秦軍的猛攻之下，趙軍大敗，十萬名趙軍將士橫屍沙場。對趙國來說，這無異於滅頂之災。在長平之戰後緩慢恢復元氣的趙國，實在難以承受一次十萬人被殲滅的大損失。秦國得勢不饒人，桓齮兵團非但沒有見好就收，反倒繼續深入。趙國又一次面臨生死存亡的嚴峻考驗。只有李牧有能力挫敗秦軍，拯救趙國於危急之中。就這樣，李牧被任命為大將軍，實際上就是趙軍總司令，奔赴前線，阻擊秦軍。
2、宜安之戰，李牧大破秦師公元前233年（趙王遷三年），桓齮統領的秦國兵團繼續深入，與趙軍戰於麗赤、宜安（河北石家莊東南）。李牧臨危受命，糾集了一支軍隊，駐紮在赤麗、宜安東部的肥城（河北晉縣）。李牧的主力應該是來自北方軍區，也就是他一手訓練出來的北方兵團。與新銳的李牧兵團相比，桓齮兵團已露疲態。秦軍在趙國境內已經征戰將近一年，又在赤麗、宜安發動攻勢，已是疲憊之師。桓齮是一位優秀的將領，可是他顯然低估了對手李牧。赤麗、宜安兩城尚未攻下，李牧的生力軍已經趕到宜安以東的肥城。這時秦軍的位置相當不利，隨時可能受到趙軍的左右夾擊。對桓齮來說，最好的選擇當然是退卻，避開李牧的鋒芒。可是他並沒有退卻，因為他並不把對手放在眼裡。
作為長平之戰後崛起的新一代將領，桓齮對趙國的軍事力量抱著藐視的心理，他曾經兩度率兵侵趙，攻城略地，如入無人之境，特別是在平陽、武城之戰中，殲滅趙軍十萬人，堪稱偉大的勝利。桓齮顯然也只把李牧視為普通的將領，然而，低估對手總是致命的。這場戰役的詳情已不可考，《史記》僅有短短數言：“擊秦軍於宜安，大破秦軍，走秦將桓齮。”這個紀錄實在過於簡略。戰國中後期的六國史書，後來都被秦始皇燒了，所以找不到更多的資料。要知道秦國人向來對打敗仗十分忌諱，損失了多少人，是從來不提的。我的分析，秦軍的損失至少在十萬人以上。秦軍桓齮在戰後畏罪逃亡，倘若不是因為他的損失超過戰果（之前殲滅趙軍十萬），怎麼會畏罪呢？宜安之戰後，李牧乘勝追擊，光復許多被佔領的城邑，秦國人耗時一年之久的攻趙之役不僅顆粒無收，甚至還把先前吞併的土地吐了出來，可謂是賠本買賣。
3、再破秦師，趙軍慘勝一年後，公元前232年，秦軍又一次以猛虎下山之勢，撲向趙國。秦軍兵分兩路，一路攻至鄴城，另一路直奔太原，取狼孟、番吾。趙國再一次舉國震動，能不能擊敗秦軍，這就要看李牧的本事了。從國力上說，趙國已經不是秦國的對手，從軍力上來看亦然。秦國雖然在前一年受挫，可是無論是兵員或武器、糧食，都能迅速得到補充。相比之下，喪失大片土地後的趙國，顯然捉襟見肘。可以說，趙國是毫無勝算的。但是李牧又一次震驚世界，在這場硬碰硬的戰爭中，他又打破了秦軍的神話，在正面交鋒中擊退敵人。關於這場戰鬥的詳情，很可惜，史書並沒有記載，但是可以想象此役的慘烈。
《戰國策》中有一個記載：“秦、趙戰於河漳之上，再戰而再勝秦；戰於番吾之下，再戰而再勝秦。四戰之後，趙亡卒數十萬，邯鄲僅存。”我仔細分析這個記載，與秦軍的兩路出擊是相吻合的。秦軍一路攻鄴城，鄴城臨黃河、漳水，即“秦、趙戰於河漳之上，再戰而再勝秦”；另一路秦軍攻番吾，即“戰於番吾之下，再戰而再勝秦。”在這次秦趙大戰中，李牧與秦軍有過四次戰鬥，全部取得勝利。然而，這個勝利只能用“慘勝”來形容。“四戰之後，趙亡卒數十萬，邯鄲僅存。”趙國損失數十萬人，按保守來算，至少二十萬。這個勝利雖然贏得很艱難，畢竟是贏了，除了李牧，這個世界上沒有誰能做得到了。
反過來說，趙軍損失數十萬人，秦國卻歇了三年沒有攻趙，可見秦軍損失之大，也不會是小數字。三年後，秦軍又一次大舉進攻趙國，但這次李牧沒有表現機會了，沒有死於戰場，而是死於奸臣之手，令人扼腕嘆息。其實就算李牧不死，趙國能抵抗多久，也是個謎。實力就擺在那裡，秦國越來越強，特別在吞併韓國之後，已邁出統一的堅實步伐；反觀趙國，土地不斷地縮小，兵力也不斷被削弱，與秦國已經完全不是同一級別的對手了。李牧確實是一位軍事天才，可是天才也不可能一個人戰鬥，統帥的水平固然是影響戰爭勝負的重要因素，但如果沒有堅實的國力為後盾，縱然有奇謀妙算，恐怕也難以長久有效吧。