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，准备渡漳水向邯郸进迫，袭扰赵都邯郸，自率主力由上党出井陉（今河北井陉西北），企图拊邯郸之背。将赵拦腰截断，进到番吾（现河北省平山县南），因李牧率军抗击，邯郸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。
他部署司马尚在邯郸南据守长城一线，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。李牧即回师邯郸，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，南拒韩、魏。史称：番吾之战。
公元前229年，秦王嬴政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邯郸。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，派奸细入赵国都城邯郸，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。秦军攻下邯郸后，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。
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。
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！”
李牧画像
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。
大大：“古之高危行业，战国武安君，曹魏督粮官，东吴大都督，皇叔大哥，奉先义父。”
这里解释一下，战国四大武安君：
燕国苏秦，被五马分尸。
秦国白起，被秦王赐死。
赵国李牧，被赵王冤杀。
楚国项燕，兵败被杀。
曹操一没粮食，就杀督粮官平息众怒。曹操还有两句名言：“借汝人头一用” “汝妻儿吾养之”
刘备跟过公孙瓒，袁绍，刘表，陶谦，最后都败亡了。
吕布认了三个义父，丁原，董卓，王允，除了王允，其余两个都被吕布杀了，网上有首打油诗：
人中吕布
马中赤兔
方天画戟
专捅义父
东吴历经四任大都督，周瑜，鲁肃，吕蒙，陆逊，除了陆逊，其余三个都是年纪轻轻病死的，有传言吕蒙是被孙权除掉的，也不知道真假，陆逊由于参与了皇储之争，被孙权写信气死了。
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