文帝崩，景帝立，除李广为陇西都尉，改武骑郎。值吴楚乱。帝命周亚夫为将，收吴楚。加广为骠骑都尉、前部先锋。首先射死二将，连胜数阵。梁王见，喜，以将军印背了。广背身先士卒，连立奇功，吴楚平，班师回朝。谏议大夫奏：”广乃先锋，不当背将军印，将功折罪，不与赏赐。“迁上谷郡太守。
匈奴日夜侵边，广累战累胜。公孙昆邪见景帝，泣而奏曰：”广之才气，天下无双。自负其能，凡与虏战，不顾生死。然一旦去之，诚为可惜，乃废国家栋梁也。“往任上郡太守。广至上郡未及半年，匈奴大入。广领上郡岳兵出战，连胜数阵。奏闻景帝。帝遣中贵孟优，往军前探虚实，见广，问破虏事。广白曰：”视匈奴如小儿耳！“中贵要看战斗，广以无人敢敌，遂引数千骑，请中贵看破虏。
是日，出到野外，并不见匈奴，迤逦袭去，见空中一皂雕飞翔，广取弓欲射，只听得弓弦响，雕坠空而下，广同曰：”何人射中皂雕？“从骑皆言：”不曾放箭。“广飞马观之，山坡下有二人，各乘骏马，披顶服，控弓矢而望。广引军追之。射雕者见中贵衣锦袍于军中，意必是主帅，一箭射来，正中心窝，坠马而死。广大怒，拍马赶上，射杀二人，一人逃命。广曰：”此必射雕者！“飞马赶上，生擒付从者。只引十余骑，再寻匈奴。
忽尘土起，万余骑从上峪中出。广取出百箭，百中。箭尽，匈奴不退。广引十余骑上山，下马离鞍高卧。匈奴视之，恐有埋伏，不敢上山击之，徐徐引军退走。广见山下军中一人，金甲白马，乃匈奴王子，为首阿廷。广不起而射之，一箭中面颜而死。匈奴大退，广乘势杀之，败归沙溪，以功上奏。官僚言：”可赏！“景帝曰：”损吾中贵孟优，不可赏，将功折罪。“除广未央宿卫。
四年，匈奴十余万出雁门。帝遣广为将，引军三万迎之。广受命，至雁门关，忽然风寒卧病不起。匈奴攻击得紧，诸军催战，广怒气上马，与虏交锋。胡将四人并力攻广，广病躯不能胜，被胡将刺于马下。胡人大呼曰：”王子传旨，拿得李广，可生擒来！“因此不杀，用皮囊盛贮，夹于两马间。汉军大败，损将折军。广在皮囊中诈死不动，胡人以为真死，开展视之，大呼一声如巨雷，胡人措手不及，被广跃起，夺枪刺杀，抢马一匹骑回，再聚败残兵将，连夜去劫掳营寨。匈奴大败，归沙溪去了。
广班师回长安，省官奏广折军大半。帝怒，将广下廷尉问罪。于法当斩，遇大赦，免罪。罢官闲居蓝田山中庄上，与颖阴侯婴孙强为友，每日以饮酒做闷。
居数年。一日，天寒大雪，广乘匹马、挟弓箭，往邻庄上相探，主人设酒相待，为言：”塞上辛苦立下大功，今日朝廷不用，空闲了英雄手段！“自歌自叹一回，不胜大醉。强留宿，广不肯，乘兴上马，风雪正急，策马而行，忽古木号风，举头视之，见一猛虎卧于林前，广急拈弓搭箭，尽力射去。射得火光迸散，其虎不动，广拍马近前观之，乃墓前石虎也。其箭射入石中半寸。广方知衔住箭头。广自惊异，再回马于旧射虎之处，再放十余箭，箭头皆不能入石。广方知始见时将谓真虎，乃施神力；今已知之，心中轻慢，力不能及也，呵呵大笑，策马回庄。
时已初更时分，但雪光夜明，因此不觉。至霸陵桥上，廷尉引军喝曰：”此何人也？“广曰：”吾乃前将军李广。“廷尉曰：”今将军尚不敢夜行，何况前将军乎？“喝军士挽广下马，吊于桥上。冻至天明，韩安国见广吊于桥上，喝令放之。
后半年，匈奴入寇，杀辽西太守，边报甚急。帝遣韩安国为将破之。安国到边廷，连输数阵，上表乞李广救援，帝宣广为北平太守兼将军，上边破虏。广至，乞霸陵廷尉为先锋，尉只得去北平。韩安国言：”匈奴势大不可敌。“广差霸陵廷尉引千骑出阵，大败而归。广曰：”昔时在霸陵如此英雄，今日临边如此败也！“廷尉无言。广命斩之。广引军出，匈奴一见，望风而走，大呼曰：”飞将军来也！“自此世号”飞将军“。
匈奴遁去，广回长安。韩安国奏功，帝欲加官。霸陵尉家人诣阙，告广起挟仇报，无罪斩尉。帝怒，将功折罪，再为闲人。
后武帝登基，匈奴左贤王拥精兵二十万，入寇中原。群臣奏请博望侯张骞为帅。骞保举广同行。武帝准奏，加广为前将军，与骞同赴边上。整肃队伍，与骞分兵作两路破匈奴，骞从东道入，广从西道。
广留军陆续进发，先与长子李敢引五十骑长驱大进。正与匈奴左贤王军马相迎。胡兵十万，旗幡蔽日而来，汉军大恐。广与子李敢曰：”汝可持刀以遏其后，如军士退者立斩。吾当以身先之。“左贤王乘大纛车，于军中调遣。广引千余骑先冲入阵中。匈奴掩面大呼曰：”飞将军又来也！“李敢随军士攻击，胡兵四散奔走。广死左贤王，纵马追杀败散，被箭所伤死于沙场者勿知其数。
广回，正迎左贤王大纛车，就乘而回，路遇张骞，骞将为是胡兵，将本部军围定。广下车备说其事，骞大喜。边上平复，张骞、李广回长安面君。人奏上：”广在塞上乘左贤王车，意图不仁。“送下廷尉问罪。骞力奏：”广大小功次十余件，杀死左贤王，皆广之功也。不幸误坐王车，乞圣情宽恕！“帝命将功折罪，废为庶人。