战功，被封为安西府别将。天宝七年（748年），高仙芝取代马灵察成为安西节度使，段秀实则转跟随高仙芝。天宝十年（751年），高仙芝举兵包围怛逻斯，后来黑衣大食（即阿拔斯王朝）的援军前来救援，高仙芝的军队战败，军官们的心情都低落。夜里段秀实听到副将李嗣业的声音，段秀实因而大声斥责他说：「惮敌而奔，非勇也；免己陷众，非仁也；军败而求免，非丈夫也。」李嗣业听到之后感觉到很惭愧，便与段秀实一起收拾整理战败的部队，重新整军。军队回安西后，李嗣业跟高仙芝表示，希望任命段秀实为判官，高仙芝则任命他为陇州大堆府果毅。