史称：肥之战。
公元前232年，秦王嬴政再次派秦军入侵，秦军兵分两路攻赵，以一部兵力由邺（今河北临漳西南）北上，准备渡漳水向HD进迫，袭扰赵都HD，自率主力由上党出井陉（今河北井陉西北），企图拊HD之背。将赵拦腰截断，进到番吾（现HEB省平山县南），因李牧率军抗击，HD之南有漳水及赵长城为依托，秦军难以迅速突破。李牧遂决心采取南守北攻，集中兵力各个击破的方针。他部署司马尚在HD南据守长城一线，自率主力北进，反击远程来犯的秦军。两军在番吾附近相遇。李牧督军猛攻，秦军受阻大败。李牧即回师HD，与司马尚合军攻击南路秦军。秦南路军知北路军已被击退后，料难获胜，稍一接触，即撤军退走。李牧击破秦军的同时，南距韩、魏。
史称：番吾之战。
惨遭冤杀
公元前229年，赵国由于连年战争，再加北部代地地震，大面积饥荒，国力已相当衰弱。秦王嬴政乘机派大将王翦亲自率主力直下井陉（今河北井陉县），杨端和率河内兵卒，共领兵几十万进围赵都HD。赵王任命李牧为大将军，司马尚为副将，倾全军抵抗入侵秦军。
王翦知道李牧不除，秦军在战场上不能速胜，遂禀告秦王，再行反间故计，派奸细入赵国都城HD，用重金收买了那个诬陷过廉颇的赵王迁近臣郭开，让郭开散布流言蜚语，说什么李牧、司马尚勾结秦军，准备背叛赵国。昏聩的赵王迁一听到这些谣言，不加调查证实，立即委派宗室赵葱和齐人投奔过来的颜聚去取代李牧和司马尚。一直信守“将在外，君命有所不受”，重视独立行事权的李牧接到这道命令，为社稷和军民计而不从，赵王暗中布置圈套捕获李牧并斩杀了他，司马尚则被废弃不用。赵国临战而亲佞臣诛无辜忠诚良将，只过了三个月，到了公元前228年，王翦乘势急攻，大败赵军，平定东阳地区。
（约今河北邢台地区），赵葱战死，颜聚逃亡。秦军攻下HD后，俘赵王迁及颜聚。赵国公子嘉逃代（今河北蔚县东北）称王。
公元前222年，秦灭代，俘虏公子嘉，赵国最终灭亡。
后世地位
唐朝建中三年（公元782年），礼仪使颜真卿向唐德宗建议，追封古代名将六十四人，并让他们配享武庙，当中就包括“大将军武安君李牧”。同时代被列入庙享名单的只有：孙膑、田单、廉颇、赵奢、王翦。
及至宋代宣和五年，宋室依照唐代惯例，列七十二位名将配享武庙，其中亦包括李牧。
人物评价
总评
武安君李牧是战国末年东方六国最杰出的将领之一。深得士兵和人民的爱戴，有着崇高的威望。在一系列的作战中，他屡次重创敌军而未尝败，显示了高超的军事指挥艺术。尤其是破匈奴之战和肥之战，前者是中国战争史中以步兵大兵团全歼骑兵大兵团的典型战例，后者则是围歼战的范例。他的无辜被害，使赵国自毁长城，也使后人扼腕叹恨。
历代评价
刘恒：“嗟乎！吾独不得廉颇、李牧时为吾将，吾岂忧匈奴哉！”
冯唐：“天下之将，独有廉颇、李牧耳。”
司马贞：“颇牧不用，王迁囚虏。”
徐钧：“良将身亡赵亦亡，百年遗恨一冯唐。当时不受谗臣间，吕政何由返故乡。”
王质：“李牧之在雁门，法主于守，守乃所以为战；祖逖之在河南，法主于战，战乃所以为和；羊祜之在襄阳，法主于和，和乃所以为守。是和战、守本殊涂而同归者也。”
苏洵：“洎牧以谗诛，HD为郡。惜其用武而不终也。”
司马光：“椎牛飨壮士，拔距养奇材。虏帐方惊避，秦金已闇来。旌旗移幕府，荆棘蔓丛台。部曲依稀在，犹能话郭开。“
何去非：“昔者冒顿之灭东胡、李牧之大破匈奴者，中之以其骄也；赵奢之破秦军，周亚夫之败吴楚者，中之以其怠也。”
《十七史百将传》：“孙子曰：‘能使敌人自至者，利之也。’牧以小利委敌，而匈奴大至是也。”
刘克庄：“说客为秦谍，君王信郭开。向令名将在，兵得到丛台。”
陈元靓：“三年不鸣，一鸣惊人。啾啾之群，焉知屈伸之徒，奚分否臧。用之则行，舍之则藏。贤哉武安，志胜霜霰。众谓我怯，隐则难见。边复我用，计亦自善。不捕一虏，不射一箭。先乃雌伏，后则虎変。匈奴所畏，燕秦不战。易若摧枯，疾如激电。终惑谗言，反袂拭面。”
胡三省：“赵之所侍者李牧，而卒杀之，以速其亡。”
黄道周：“李牧良将，为赵守边。市租入幕，飨士无厌。烽火独谨，骑射习兼。边患即入，收保为先。不许浪战，战则斩焉。尽以为怯，易将火炎。战不得一，败亦失千。再请牧出，法只如前。士感愿战，然后戒严。出其不意，诱其兵添。一战破之，胆落心寒。不敢犯境，十有余年。如此功业，宜标凌烟。一不奉命，身首莫全。呜呼哀哉，为将难言。”[18]
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