芝入朝报捷，进献由他擒获的突骑施可汗、吐蕃酋长、石国国王、朅师国王等人，获封开府仪同三司。
所谓开府仪同三司，用现代语境表述，就是允许自行设置幕府，仪式等同三司，相当于享受宰相待遇。
玄宗原本想用他接替安思顺，出任河西节度使。安思顺暗中挑动属地胡人，采用割耳划面的方式挽留，玄宗只得作罢。
名利双收的高仙芝返回安西驻地，他不知道，等待他的将是一场惨败！
石国被高仙芝所破，国王之子侥幸逃出，向周边各国控诉高仙芝罪行，引发了众怒。但是他们都是城邦国家，会经商却不擅打仗，就是联合到一处也不够唐军喝一壶的。
于是，他们暗中引来西边大食，企图夺取安西四镇。
大食是阿拉伯帝国的古称，实力非常强悍，早对西域各国垂涎三尺。曾两次发兵进扰，都被当时的突骑施可汗苏禄所败。
消息传到高仙芝那里，高仙芝迅速集结军队向西进发。这支军队由数千唐军，以及大唐属国拔汗那、葛罗禄部组成，共计三万余人。
唐军翻越葱岭，越过沙漠，经过三个多月长途跋涉，抵达由大食控制的怛逻斯城（今哈萨克斯坦境），稍作调整后准备攻城。
早有准备的大食帝国组织起十余万军队开赴怛罗斯，双方展开激战。唐军虽然数量较少，但个个都是百战精英，战斗力极强，与大食帝国打的难舍难分。
战斗一直持续了五天，大食用重金收买葛逻禄，葛逻禄临阵倒戈，与大食前后夹击唐军。唐军大败，仅剩数千人。
右威卫将军李嗣业劝高仙芝趁夜逃遁，由于道路险隘，拔汗那部挡在前面无法通行，李嗣业带着他的陌刀队杀出一条血路冲了出去。
逃亡的唐军将士失去建制，在夜色中如同无头苍蝇般到处乱撞。将领段秀实听见了李嗣业声音，怒骂他说：“你个懦夫！大敌当前，你抛弃部众自己先逃，即便逃回去了，难道不感到羞愧吗！”
李嗣业握住他的手道歉，留下来一边阻拒追兵且战且退，一边收拢部众恢复建制，避免了更大伤亡！
回到安西军府，李嗣业将此事报告了高仙芝。高仙芝升任段秀实为军府判官，兼任都知兵马使。