睢阳之战
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张巡趁夜率本部三百马、三千兵去睢阳合兵后，和许远的联军有六千八百人，准备以生命守卫睢阳。张巡先派将雷万春、南霁云等领兵与燕军战于宁陵西北，斩燕将二十人，杀万余人，将尸体投入汴水，水不流，杨朝宗趁夜离去。诏拜张巡主客郎中、副河南节度使。张巡向河南节度使嗣虢王李巨请功，李巨却只授予折冲、果毅告身三十份，不赐物。张巡以社稷尚危不可吝惜赏赐为由进谏，并写信责难，李巨不听也不回应。张巡激励士卒固守，昼夜苦战，有时一日二十战，擒将六十余人，杀敌二万余人，士气不衰。
许远自知才能不及张巡，对张巡自称懦弱不知兵，称张巡智勇双全，请求做张巡的部下，让张巡守城、作战，自己仅向他禀报军事。张巡不推辞。从此许远专治军粮和战具，张巡成为实际上的守将，战斗筹划都是他所作。
最初城内有数万人，张巡一见他们就问姓名，后来都互相认识。
此前许远部将李滔投敌，大将田秀荣又和他暗自勾结。一次田秀荣告诉许远：“早晨出战时，用绿帽子做标识。”结果戴绿帽子的部众都被消灭了。田秀荣回来就说：“我是在诱敌啊。”请求派精锐骑兵前往，换上锦帽。许远把情况告诉张巡，张巡召田秀荣上城，数其罪，斩下他的头给叛军看。于是出战，打败尹子奇，尹子奇夜间遁去。守军缴获的车马牛羊，张巡都分给将士，一丝一毫也没有拿进自己家。诏拜授张巡为兼御史中丞，许远为侍御史，姚訚为吏部郎中。张巡想乘胜进取陈留，尹子奇得知后，再率大军回来围城。
张巡对将士们说：“我受国恩，以死守城，但念诸军捐躯于野，赏赐却不及功勋，为此痛心啊！”闻者皆感慨。张巡杀牛给士卒，全军出战，燕军见守军少，笑他们。张巡与许远亲自擂鼓，张巡执军旗率诸将直冲燕军阵，燕军大溃，被斩将三十余人、杀士卒三千余人，被追逐数十里，军旗也被拔。次日燕军又到城下，张巡出战，昼夜数十回合屡屡挫其锋芒。虽然每天都被燕军围城，唐军斗志却不松懈。
尽管燕军每天都在进攻，但唐军没有放弃。五月，张巡军在夜间擂战鼓，作夜袭状（这是他的军队之前用过的战略）。燕军只得夜间值守，缺乏睡眠。后来燕军造飞楼看城中，什么也看不到，于是听到战鼓后也不穿上战甲，继续睡觉。燕军防御松懈后，张巡派南霁云和郎将雷万春等十余将各率五十骑开门突击敌营直至尹子奇麾下，燕营大乱，被斩将五十余人、杀五千余人。
燕军有个大首领披着甲，率领一千拓羯骑兵挥动旗帜登城招降张巡。张巡暗中缒下数十名勇士藏在城壕中，拿着钩、陌刀、强弩，约定说：“听到鼓声就奋起。”首领仗着人多，不加防备，城上鼓声响，伏兵出来捉住首领，强弩向外射箭，燕救兵不能上前。不久被缒下的勇士又起来登上城墙，燕军都惊愕地看着，于是按兵不敢出击。
张巡一直希望给燕军士气以重大打击，最好的办法是杀伤燕将尹子奇。但张巡并不知道尹子奇的相貌，也不知道他是否混在士兵中间。张巡转而使用心理学。他命军队割蒿为箭射一些敌军士兵。这些士兵中“箭”后没有身亡，发现是被蒿所射后大喜，赶紧跑向尹子奇报告唐军的箭用完了。张巡注意到士兵们跑的方向，下令南霁云等最好的弓箭手们向尹子奇射箭。南霁云射瞎尹子奇左眼，燕军瞬间陷入混乱，尹子奇几乎被俘。燕军士气大挫，围城终止。
在16天的围城和伏击后，燕军据报已损失二万人。尹子奇认为军队疲倦不能战，下令暂退重整。两月后，他增加新征兵二万，返回围城。他在757年七月初开始了最后一次并最终成功的围攻，一直持续到四个月后这座城市沦陷。
起初，许远为了备战，在睢阳城内准备了足以应付一年的粮食六万石。但李巨不顾许远反对，坚令分出一半给濮阳、济阴，导致睢阳的粮食比许远预计的少很多，且济阴太守高承义得到粮食后就叛变了。七月，唐军粮食奇缺，城内一斗米价格达八百。唐军士兵每天只得到一勺米，只能寻求茶、纸及附近的动物、昆虫、树皮、树根为食。而燕军粮道通畅，即使兵败也能重新征兵。
尹子奇注意到唐军为饥荒所苦，下令更多军队包围睢阳。他用云梯攻城，但张巡预先在城墙上秘密凿了三个洞，分别从中伸出大木头，一个用末端铁钩将云梯钩住让其不得后退，一个顶住云梯让其不得前进，一个末端用铁笼盛火从中间烧断云梯，云梯上的士兵都被烧死。只能取得有限成功的尹子奇用钩车攻城，毁坏城墙使之塌陷，张巡不等其造成大损，就用大树末端设置连锁，连锁末端设置大环，截断其钩头。尹子奇又造木驴攻城，张巡熔金汁灌下去将其熔化。尹子奇又在城西北角用土袋和堆积的木柴垫底想登城，张巡每夜秘密将松明、干蒿投入其中，共十多天，燕军不察觉。张巡出兵大战，派人顺风持火炬焚烧之，燕军不能救，火烧了二十多天才灭。张巡所为都是临机决断，燕军为其智所服，不敢再攻，在城外设三重壕沟立下木栅栏。张巡也在城内作壕沟拒敌。但尽管战场取胜，张巡也知道只剩下大约一千六百人了，且多病饿，战斗很快要失败了。
八月，城中粮食短缺，睢阳城只有六百守军，张巡守东北，许远守西南。守军最初吃茶叶和纸，张巡和许远也和他们一起吃，不下城。茶叶和纸都吃完了，就吃马，马也被吃完了，就吃老鼠和麻雀。等这些都被吃完了，已经开始吃人（睢阳城内食人之状下文详述）及煮食铠甲、弓弩。这时张巡还说降一些燕军将领，且他们都死命效力。如燕将李怀忠本是被燕军所掳的朝廷将领，效力燕军两年，路过城下，张巡问出他祖父和父亲都是朝廷官员，说一旦乱平，他作为叛将，父母妻儿都要伏诛，于是李怀忠哭着离开了，不久就率数十人投降了。张巡共说降燕军攻城士兵二百余人。
张巡令南霁云缒城而下，率三十精骑突围向附近求援。但附近守将如彭城的尚衡等都不愿提供军队和粮食。南霁云求助于守谯郡的河南都知兵马许叔冀，许叔冀不出兵，只答应给几千匹布。南霁云怒骂而去，又求助于守临淮的新任河南节度使兼御史大夫贺兰进明。贺兰进明平日嫉妒张巡之能，也想保有自己的军队，也怕握有精兵而不受节制的许叔冀袭击自己，以睢阳存亡不知为由拒绝帮助张巡，南霁云说：“睢阳如果失陷了，我南霁云请求以死向大夫谢罪。而且睢阳如果破了，下一个就是临淮，如皮毛相依，为何不救！”贺兰进明欣赏南霁云勇壮，强留，大宴，奏乐，意图招揽他到自己麾下。南霁云答：
我南霁云之所以冒贼锋刃，昼伏夜出，匍匐来到这里乞求援兵，是因为本地被强寇围困半年，刚围城时城里还有几万口人，现在妇女老幼都被互相吃完了，张中丞杀了自己的爱妾给军人吃，军民已经一个多月没有粮食可吃了，现在活人只有数千，城中的人引诱贼人是应该的。我知道他们面临的处境，如何还能享用这样的大餐？我即使想一个人吃，也咽不下去。我以为大夫您深念国家危亡，听到我的话就会响应，为何自己享受大餐，没有救恤之心？大夫坐拥强兵，却坐看睢阳陷落，无救患之意，忠臣义士之所为怎么该如此！我南霁云如今不能完成主将的任务，请求咬下一根手指，留给大夫，表示我已经来过了，回报本州。”
他拔出佩刀切下（或作咬下）自己的一根手指，没有吃大餐，骑马离开。南霁云对贺兰进明的不作为感到愤怒，在此之前，他向附近一座寺庙的佛像射箭，并说：“一旦我击败敌人回来，我一定会杀了贺兰！这支箭表明我的决心。”满座都大惊，为此哭泣。
南霁云最后得到真源李贲马百匹和宁陵城使廉坦步骑三千，闰八月，与廉坦一同冒围杀回睢阳。燕军势大，交战损失很大，只有一千人杀入城中。当时起大雾，张巡听闻交战声，就知道是南霁云等人的声音。南霁云用绳子入城。于是张巡开门，将士们相持而泣。
总计一千六百人的饥饿唐军得知外援不到，连日痛哭，陷入绝望。燕军知道守军无援，攻城更急。十月，众人劝张巡寻路南逃。张巡与许远商议，许远总结：“如睢阳陷落，燕军将轻易占领中国南方。首先，我们的士兵大多太疲倦且饥饿，是跑不到安全地带的。我们仅剩的唯一选择是尽可能长地守城，希望邻近守将来帮助我们。”张巡同意。
张巡行军不按古法列阵，令各将按各自的意思教阵法。有人问原因，张巡说：“现在与胡虏战，经常要变阵，几步之间就有变化。临机反应在于呼吸之间，不能总询问大将，来不及了，不是知兵法变化的作为。故我让兵认识将的意图，将认识士兵的情况，使用起来如同用手指挥手指一样。兵将互相学习，各自为战，不也可以吗！”张巡的器械、甲仗都是从敌军缴获的，从未自己修造。每次战斗将士有人退散时，张巡就站在战场对将士们说：“我不离开这里，你们给我回来决战。”将士们都不敢不回来死战，最终破敌。张巡又推诚待人，无所疑隐；临敌应变，出奇无穷；号令严明，赏罚有信，与士兵共度甘苦寒暑，所以部下都效以死力。前后大小战四百余场，燕军被杀十二万人。