太子李亨抓住时机，“马嵬兵变”成功，从而铲除了外戚杨国忠的势力，消除了皇权落入他人之手的隐患。
天宝十五载（756年），六月十四日发生了唐朝历史上有名的“马嵬之变”，禁军杀死了宰相杨国忠，逼死了贵妃杨玉环。很难确定此事的主谋不是太子李亨。太子李亨与宰相杨国忠素来不合，玄宗避乱离开长安之时，随行队伍总人数约有3000余人，太子李亨所率领的人马就有2000人，其间包括禁军中的精锐武装——飞龙禁军。他的儿子广平王和建宁王在出逃的队伍中作为禁军的领头人，这给太子李亨发动政变提供了千载难逢的好机会。如果说在宫廷发动的政变，都要先行攻占玄武门才会取得成功，那么，现在皇帝已远离禁宫，处于荒郊野外，领导禁军发动一场政变，一定会取得成功。
太子李亨在策划“马嵬兵变”时，其目的不仅是诛杀杨氏兄妹，实际上也把矛头指向了玄宗，或者说指向了皇位，但让他没想到的是禁军首领陈玄礼对玄宗的忠心。在诛杀杨氏兄妹一事上，禁军首领陈玄礼与太子李亨的意见是一致的，但是在杨氏死后，他仍然表示效忠于玄宗，并确保了玄宗的安全。所以，太子李亨暗中策划的此次政变虽然意在夺皇权，但与其他很多政变不同的是没有危及到皇帝的生命安全。可以说，陈玄礼当时选择的立场最终决定了马嵬兵变的结果。此后，陈玄礼追随玄宗入蜀，玄宗猜想他不是主谋，因此并不予怪罪。
兵变结束后，太子李亨打着平叛中原不能无主帅的旗号，与父皇玄宗分道而行。天宝十五载（756年）七月九日，太子李亨一行抵达朔方军大本营灵武。七月十二日，在经过一番筹划与布置之后，李亨在灵武的南门城楼举行了简单的登基仪式，史称肃宗。肃宗登基后，改年号为至德，遥尊玄宗为太上皇帝。肃宗派使者前往四川，向太上皇报告这一消息。玄宗做了顺水人情，命肃宗以平叛为己任。
多年来，险象环生的太子生涯随着灵武登基而宣告结束，政敌杨国忠也已命丧马嵬。而肃宗的内心是极为复杂的，作为新帝登基，他终于可一吐怨气。但是，身处灵武，与京师相距遥遥，叛军已占据两京，收复失地，平叛之事仍任重道远，他的眉头又不尽深锁。但不管怎么说，肃宗灵武即位，毕竟打出了平叛的旗帜。消息传到叛军占领区，极大地鼓舞了当地兵民的抵抗士气，从表面意义上扭转了皇帝逃出京师后平叛战争的被动局面。肃宗在举国几乎分崩离析的状态下，举起平叛的大旗，给全国臣民带来了希望，各地又重新点燃了报国抗敌、誓死与叛军决战的熊熊火焰。肃宗开始了平叛的战争，这一使命，是他能够发展下去的充足理由。经过艰苦卓绝的战争，至德二载（757年）收复了长安。由于肃宗灵武即位之时，是先斩后奏，为了使皇位名正言顺，他积极从蜀地迎回时为太上皇的玄宗。至此，肃宗实掌皇权，玄宗则退出政治舞台，享受晚年的清悠生活。