出兵五千人，由李嗣业统率前往协助唐肃宗，段秀实则担任副手，累积了许多战功。后来，李嗣业担任节度使，段秀实的父亲段行琛过世，段秀实停职回家服丧，李嗣业觉得少了段秀实彷彿少了左右手，便上表希望段秀实担任义王友一职，并充当节度判官。至德二年（757年），安庆绪自洛阳败逃退据邺（今河南安阳），李嗣业与其他军队包围他，安西的辎重都放在后方的河内。于是李嗣业就上奏请求任命段秀实为怀州长史，管理军州，并加节度留守后方，负责提供后援粮草。当时军队士兵老化财政窘迫，段秀实努力向地方募集士兵与马匹协助军队。干元二年（759