年轻的李嗣业每次战役都奋不顾身、冲锋在前，很快升为昭武校尉，天宝初年，应募安西，在西域为大唐效力。当时，军中推广陌刀，这简直是为李嗣业准备的兵器，他很快脱颖而出，成为赫赫有名的陌刀将。

天宝六年，李嗣业跟随当时的安西都知兵马使高仙芝出征小勃律国，在唐军的必经之地连云堡，吐蕃军队依山旁水，修筑工事，严阵以待。

高仙芝任命李嗣业和田珍为左右陌刀将，下了一道命令，“中午以前必须攻占连云堡，不然都得死”。

战斗开始了，李嗣业身先士卒，从最险峻的地方爬上山头，陌刀挥舞，敌人鬼哭狼嚎，死尸遍地，掉下悬崖、淹死水中的有十之七八，唐军一举拿下了连云堡。然后乘胜前进，直捣小勃律国，俘虏了小勃律王和他的妻子吐蕃公主，唐军夺回了克什米尔以西和以北的军事霸权，“拂菻、大食诸胡七十二国皆震慑降附”，回军之后，李嗣业因功升为疏勒镇守使，捍卫着大唐帝国的边疆地区。

疏勒镇曾一度被吐蕃攻陷过，城池残破，缺乏用水。李嗣业不辞辛苦，带领大家修复城墙，挖掘沟渠，引水灌溉，短短几年，疏勒镇面貌一新，成为一方富镇。

当时，高仙芝身为安西四镇节度使，开始了雄心勃勃的扩张计划。他屠戮石国，诸胡震怒，招来了大食国的军队，怛罗斯之战爆发了，相持五天五夜之后，葛罗禄人被大食军队收买，临阵倒戈，唐军终于溃败。“士卒死亡略尽，所余才数千人”，高仙芝本想收拾残部再战，李嗣业见大势已去，劝其退兵。

唐军的盟友拔汗那部众阻塞了退路，唐军情势危急，退无可退。右威卫将军李嗣业手持大棒，连人带马打死了上百名拔汗那士兵，才为唐军开通了道路。别将段秀实颇为不满，昂然争辩，“避敌先奔，无勇也；全己弃众，不仁也。幸而得达，独无愧乎”，李嗣业大为羞惭，知耻而后勇，率领陌刀队组成了刀阵，留拒追兵。

陌刀战阵威力巨大，勇猛绝伦，如墙前进，大食联军顿时胆寒，不敢再行追击，李嗣业收拢散兵游勇，“得俱免”。回到安西以后，李嗣业向高仙芝推荐了段秀实，“以秀实兼都知兵马使，为己判官”。

天宝十二年，李嗣业升为骠骑大将军，回京面圣。酒宴之中，他跳起了疏勒的民间舞蹈，令唐玄宗大为欣赏。鉴于李嗣业镇守边疆劳苦功高，皇帝的赏赐极为丰厚，但李嗣业回到安西都护府之后，就把这些赏赐全部充公了，他自己一向不置私产，只养了十匹精壮的大宛马，平时的赏赐也多分给将领士，因此深受将士们的喜爱和敬重，都愿意跟他冲锋陷阵。

天宝十四年十一月，平卢、范阳、河东三镇节度使安禄山以杀杨国忠为名，在范阳起兵造反，安史之乱爆发了，唐玄宗逃往蜀地避难，长安和洛阳都陷入了叛军手中，多少龙子风孙，成为叛军的刀下之鬼。皇太子李亨不负众望，挺身而出，在众人的拥戴下，于甘肃灵武称帝，是为唐肃宗，遥奉唐玄宗为太上皇。各地勤王之师纷纷赶到，李嗣业带领的安西精锐粉墨登场了。

安西精锐的到来，让唐肃宗吃了一颗定心丸，感到十分安慰，唐肃宗对李嗣业说，“今天有你助阵，胜过数万兵卒。成功与否，就看你的表现啦。”

李嗣业和安西精锐为大军先锋，每战必持刀阵冲锋，势不可当，所向披靡。在这支队伍里，涌现了白孝德、荔非元礼等诸多名将，后来都成为保卫大唐江山的栋梁之臣。

唐至德二年，安禄山被他的儿子安庆绪杀死，唐军集结了十五万人马，以李嗣业为前军，王思礼为后军，郭子仪自领中军，在长安城西的香积寺北与安守忠、李归仁的十万叛军决战。贼将李归仁率精锐骑兵数次挑战，都被唐军万箭齐发，射了回去，唐军骑兵乘胜与叛军激战，结果不敌叛军，反被叛军突入唐军阵营。此时，唐军阵营一片混乱，溃兵不断后撤，眼看唐军士气就要崩溃。

李嗣业在这个时候站了出来，他对郭子仪言道，“今天不跟敌人拼命，我们每个人都休想活着回去。为国家牺牲，请从嗣业开始。”

言罢赤膊上阵，手持陌刀立于刀阵前大呼，溃兵经过他的身边，陌刀一挥，人马俱碎，连杀了十几个溃兵，才重新稳住了唐军的阵角。

李嗣业率领刀阵，如墙而进，冲锋在前，所向无敌，唐军逐渐占据了格斗的上风。叛军正面进攻未能奏效，埋伏于阵东的叛军骑兵乘机杀出，偷袭唐军后方，唐军大将仆固怀恩率领四千回纥骑兵迎头痛击，叛军骑兵伤亡殆尽，李嗣业率领刀阵与回纥骑兵冲锋在前，又迂回敌后，中军在郭子仪的带领下奋勇杀敌，双方从中午一直战到晚上，唐军斩首六万余级，取得了振奋人心的大捷。