秦昭四十九年秋，十月，五大夫王陵率军急攻邯郸城，秦弓弩手，将数十万支箭射向邯郸城上，掩护步兵攻城，而步兵分两队，一队肩扛云梯，强登邯郸城墙，一队推冲车直攻赵区都之城门，且秦分三军不分昼夜轮攻赵都。但是一个月下来，秦军仅校官就战死五名，伤亡近两万人，而不得停下休整，转为小规模进攻以夺赵志。但相反是，赵军却一再攻出精锐步兵甚至少量骑兵不断突袭秦围在邯郸的营栅，竟使秦伤亡颇为惨重，反而秦军日夜防备，士兵多有殆懈。
邯郸前线的战况飞快的传到秦昭王的手中，秦昭王十分生气，而此武安君又病重，不得行，便一方面命令王陵集兵早日攻下邯郸，一方面组织援军。
收到信的王陵军于秦昭王四十八年，在寒风中的十二月向赵都邯郸发起第二次大规模的攻城战，但疲惫的秦军，在赵军弓弩下，多有伤亡，士卒战皆不利。赵出兵击之，却秦数十里。此战秦伤亡五千人左右。
赵之邯郸城内，伤员遍城皆是，但士兵依旧士气高昂，平原君赵胜，于寒冬将府内积粮存衣，散布赵民，并令其家人抢救伤员，大将军廉颇带甲上城亲自指挥督战，平原君赵胜亦往之。赵兵多弱，廉颇命弱者立城，强者于城内休养逢战而轮换，又命善射者集而射秦。期间赵之精锐常出城，多有不回者（战死），但秦亦伤亡惨重甚巨。
秦昭王四十九年正月，秦将军王龁率援军十万带着大量的兵备粮草及秦王的最后命令到达了邯郸。五大夫王陵即调整兵力准备向邯郸发动第三次，也是攻赵以来最大规模的一次进攻。可以相信王陵已经知道秦王的不满及以王龁代之的先兆，所以肯定的是王陵军第三次的进攻是相当猛烈的。
战事爆发于正月，在北方此时还是寒冷的冬季。此时邯郸被围将近四个月城内兵员损耗和粮食供给已显危机，人心在冬季更显得脆弱。但在廉颇、乐乘诸位良将的率领下赵军依然士气高昂。同时秦军在受到增援后士气也开始高昂。战事进行月余，赵兵拼死抵御秦军进攻并取得胜利。秦军伤亡惨重，士卒多怨。秦王以陵战不善，免，王龁代将。其后王龁率军连续攻打邯郸近五个月，依然没有攻下。十月，秦王杀了白起后又命郑安平率军五万支援王龁。此时邯郸城处于最危急的时候，粮草早已断绝，人皆“以骨为炊”“刎子而食”，赵军依旧不屈的抵抗着。同时平原君的外交战开始起作用，至十二月初，魏军八万楚军十万均已赶到邯郸外围，秦国也不断的增兵汾城（河东之地）以为声援，双方大战一触即发。同年十二月，信陵君指挥魏楚联军，对秦军发动了强大的攻势，魏军击于西，楚军击于东，赵军应于内，秦军三面受敌，全线崩溃。王龁率秦军主力向西急退数百里，入汾城才稍事喘息。在邯郸城南驻防的秦军郑安平部约两万人，被赵军重重围困。郑安平部远离主力，粮草断绝，突围无望，只得全军降赵。三国联军乘胜进攻汾城，秦军大败，被迫撤至河西，夹河对峙。联军乘势收复河东六百里之地，其威大震。
赵国在经历长平之战的失败后，部队兵员损失近五十万。此后赵国可作战的部队可分为这几部分：代郡守军防备匈奴及燕国，常备军约五万人战时可扩编为十万人，晋阳守军（赵国旧都）是赵之右翼，是进攻秦侧翼的跳板也是赵北方的门户，常备军约七万人。中牟守军（括屯留）赵之左翼抵御秦军的前哨和防备魏国的要塞，常备军三万人。邯郸守军赵国防御重心，因邯郸常临战事，故又分武安守军、武城守军，总体上看邯郸地区常备军在十万人左右。邯郸由于其战略地位的重要，因此成为战事最频繁的城市之一，也是军事防御最完备的城市之一。邯郸之战中赵国几临危急，但在赵国优秀将领的指挥下、赵国士兵的顽强抵抗下及赵国下民的舍身支援下都一一化解。从中可看出赵国所独有的、异于六国的气质，更加的悲壮血气、坚强不屈、团结一致。
关于邯郸之战，其悲烈程度堪比斯大林格勒保卫战和柏林战役。秦国对赵直接间接动用兵力在六十五万人左右，其中对邯郸作战的部队就达四十五万人。说其悲烈，更多的是双方的实力对比，如前所述赵国的兵力、国力在长平之战后已大不如前，邯郸地区可作战的部队不过十万。且在秦军不断围困和进攻下能保住都城不破，实在令人惊叹。邯郸之战以其说是是赵军的胜利不如说是赵民的胜利，赵国下民主要是邯郸下民为保卫邯郸所付出代价是沉重的，“赵亡卒数十万，邯郸仅以城免”是何其的悲壮。试想一下战前赵国各地的军队、粮草源源不断汇聚邯郸，赵国下民众志成城日日夜夜修缮城池，磨砺兵刃的情景，是何其壮观。由此可见一个国家、一个民族、一个部队所具有的慷慨悲凉的气质、血气尚武的传统、同心志协的风气是多么的重要。
燕以赵大伤于长平，以丞相栗腹为将，针对赵国“壮者尽于长平，其孤未壮”的状况，于秦昭襄王五十六年（前251年）举兵攻赵。赵孝成王十五年（公元前251年），赵军在鄗（今河北高邑东）、代（今河北蔚县东北）大败燕军。
赵国自长平之战败于秦国之后，国力大大削弱。此后，不仅受到秦国军队的屡次进犯，而且其他诸侯国亦想乘机侵赵获利。十五年，燕国丞相栗腹以给赵王祝寿为名，出使赵国，侦探赵国虚实。回国后向燕王建议，赵国青壮年在长平均被秦将白起坑杀，国内尽是孤儿寡妇，无力再战，乘此良机攻赵必胜。燕将乐间认为赵国连年同秦作战，百姓熟悉军事，若兴兵攻赵，燕军一定会败，坚决反对出兵。燕王喜不听乐间劝告，决意发兵攻赵国。他派栗腹为将，领兵60万，战车二千乘兵分两路大举进攻赵国。栗腹令部将庆秦率军20万攻代，自率主力40万攻鄗。燕军到达宋子（今河北晋县南）后，赵孝成王令上卿廉颇、乐乘统兵13万前往抗击。廉颇分析燕军的来势后认为，燕军虽然人多势众，但骄傲轻敌，加之长途跋涉，人马困乏，遂决定采用各个击破的方略。令乐乘率军5万坚守代，吸引攻代燕军不能南下援救，自率军8万迎击燕军主力于鄗。赵军同仇敌忾，决心保卫国土，个个奋勇冲杀，大败燕军，斩杀其主将栗腹。攻代燕军闻听攻鄙军大败，主帅被杀，军心动摇。乐乘率赵军趁机发起攻击，迅速取胜，俘庆秦。两路燕军败退。廉颇率军追击500里，直入燕境，进围燕都蓟（今北京城西南）。燕王只好割让5座城邑求和，赵军始解围退还。战后，赵王封廉颇为信平君，任相国。
此战赵军在名将廉颇的指挥下，利用燕军轻敌、疲劳，赵军则同仇敌忾，对来范之敌予以痛击，是中国历史上以少胜多的着名战例。燕军之败有三，一师出无名，燕赵之间关系一向良好，两国几乎没有交过战，故燕兵对燕王攻赵多有不解而多懈志。二燕军分兵多处，希望依仗兵力优势在最短时间内攻占赵地，反而被赵各个击破。三燕军将领指挥能力不如赵，而且燕兵作战能力有限，甚至不如赵临时组织起来的下民的作战能力。赵胜亦有其三：一，长平之败后全国悲愤万分，兵法云：哀兵必胜；二，长平之败后赵为防秦长驱直入，进攻邯郸已经在最短时间内组织了另一支生力军且连日操练，战斗力颇强；三，赵之将领指挥艺术颇为娴熟，对付秦尚且绰绰有余，何况对付燕呢。赵民尚武临时组织起来的即具备战斗力，加上燕军分兵作战胜利在望。此战对赵影响：一，提升了赵国于七国中地位；二，锻炼了赵军作战能力更重要的是恢复了作战的自信；三，增强了赵国实力和国家安全系数；四，发现并锻炼了赵国将领。此战中，庞援、乐乘、李牧脱颖而出，让赵人看到除了老将廉颇外还有更多优秀的将军。赵国的中兴似乎仍有希望。
廉颇任相国前后约六七年，多次击退入侵敌军，并伺机出击。前245年，带兵攻取了魏地繁阳（今河南内黄县西北），说明赵国国力又有恢复。
廉颇从长平免职回家，失去权势的时候，原来的门客都离开了。等到再被重用当将军，门客们又都聚拢上来。廉颇很是感慨，要他们退去，门客告诉他：这没什么奇怪。现在是以市场上的买卖方式交朋友，您有权势，我们就跟随您，您没有权势，我们就离开，这本是买卖常理。又有什么埋怨的呢？
赵孝成王二十一年（前245年），赵孝成王卒，他的儿子赵悼襄王继位。襄王听信了奸臣郭开的谗言，解除了廉颇的军职，派乐乘代替廉颇。廉颇因受排挤而发怒，攻打乐乘，乐乘逃走。廉颇于是离赵投奔魏国大梁（今河南省开封市）。廉颇去大梁住了很久，魏王虽然收留了他，却并不信任和重用他。赵国因为多次被秦军围困，赵王想再任用廉颇，廉颇也想再被赵国任用。赵王派遣使者宦官唐玖去带着一副名贵的盔甲和四匹快马到大梁去慰问廉颇，看廉颇还是否可用。廉颇的仇人郭开却唯恐廉颇再得势，暗中给了唐玖很多金钱，让他说廉颇的坏话。赵国使者见到廉颇以后，廉颇在他面前一顿饭吃了一斗米，十斤肉，还披甲上马，表示自己还可有用。但使者回来向赵王报告说：“廉将军虽然老了，但饭量还很好，可是和我坐在一起，不多时就拉了三次屎。”赵王认为廉颇老了，就没任用他，廉颇也就没再得到为国报效的机会。
楚国听说廉颇在魏国，就暗中派人迎接他入楚。廉颇担任楚将后，没有建立什么功劳。他说：“我思用赵人”（《史记·廉颇蔺相如列传》）流露出对祖国乡亲的眷恋之情。但赵国终究未能重新启用他，致使这位为赵国做出过重大贡献的一代名将，抑郁不乐，最终死在楚国的寿春（今安徽省寿县），年约八十五。十几年后，赵国被秦国灭亡（参见秦灭赵之战）。
廉颇的陵墓在今安徽省寿县城北7公里的八公山之放牛山西南坡上，墓面西，周长30米，西临淮河，南北东三面环山，一代风流领山川之胜，英风浩气激荡千秋。
廉颇是一位武将，对国家赤胆忠心，不畏生死，多次在疆场上挫败强秦，立下汗马功劳。他性情耿直，稍有鲁莽，最初对蔺相如位居自己之上有些不服气，但当他了解了蔺相如的宽宏大度和团结驭敌的一片苦心之后，勇于认错，负荆请罪，表现了他正直豪爽、心地纯净、知错就改的可贵品质。