天寶(742—755年)中，張巡調授清河(今河北清河西北)令。張巡性格傾財好施，扶危濟困，在任期間由於公正廉明，體恤民情，不僅政績出眾，而且深受百姓愛戴。任職期滿後回到長安。當時，楊貴妃的族兄楊國忠執掌朝政，權傾朝野，有人勸張巡去走楊國忠的門路，為自己找個好出路。但被張巡嚴辭拒絕，他說：“是方為國怪祥，朝宦不可為也。”不久，他調任真源(今安徽毫州西)令。真源地處中原，多豪強地主，他們與官府相勾結而，為非作歹。當地豪強華南金最為橫暴，當地人稱：“南金口，明府手”。張巡到任後，將華南金依法處決，然後赦其黨羽，威恩並施，從此人人向善。張巡為政簡約，使百姓安居樂業。
唐玄宗李隆基即位之初，勵精圖治，國家進入全盛時期，史稱“開元盛世”。但到天寶年間，在壹派歌舞升平聲中，他開始躊躇滿誌，不願過問政事，委政於李林甫、楊國忠等奸佞之人，壹味縱情享樂，政治日趨腐化。天寶十四年(755年)十壹月初九，平盧(治營州，今遼寧朝陽市)、範陽(治幽州，今北京城西南)、河東(治太原，今山西)三鎮節度使安祿山以討楊國忠為名，從範陽發兵15萬，號稱20萬，南下反唐，向洛陽、長安(今西安)進攻(參見範陽起兵)。當中原已多年沒有戰事，很多郡縣無兵可用，毫無應變準備。地方官吏聞叛軍將至，或棄城逃跑，或開門出迎。安軍長驅南下，幾乎沒有遭到什麽抵抗，很快占領了黃河以北大部分地區。十二月十二日，安祿山率眾從靈昌(今河南滑縣東)渡過黃河，接連攻陷陳留(今河南開封)、滎陽(今滎陽東北)(參見滎陽之戰)，大敗封常清部於武牢(即虎牢關，今河南滎陽汜水鎮西)、葵園，進占洛陽(參見安軍攻占東都之戰)。
安祿山攻陷洛陽後，以其將張通晤為睢陽(今河南商丘縣南)太守，使與陳留(今河南開封)長史楊朝宗率精騎數千，向東發展，郡縣官吏多望風降附或逃走。但進至山東時，卻遭到東平(今屬山東)太守吳王李祗與濟南(今屬山東)太守李隨的抵抗，其他各地官民也紛紛舉兵響應，起兵討賊。當張通晤向東略地時，譙郡(今安徽亳縣)太守楊萬石降敵，並強令張巡為其長史，到西邊迎接叛軍。
天寶十五年(756年)二月，單父(今山東單縣)尉賈賁率吏民南克睢陽，斬張通晤。當時雍丘(今河南杞縣)令令狐潮想以城投降叛軍，率軍東擊，於襄邑(今河南睢縣)擊敗了淮陽(今河南淮陽)救兵。令狐潮將俘獲的百余人押至雍丘，準備處死。恰值令狐潮出城辦事，淮陽士兵乘機解開繩索，殺死看守，閉城拒納令狐潮，令狐潮只得丟下妻兒逃走。隨後淮陽士兵迎賈賁入城，賈賁進據雍丘，有眾2000人。
西迎叛軍的張巡行至真源後，率屬部哭祭皇帝祖祠，宣布起兵討叛。吏民中願意相隨者達數千人，張巡從中選取出精兵1000人西去雍丘，與賈賁會合。賈賁、張巡入雍丘後，首先殺令狐潮妻子，然後***同守城。吳王李祗聞訊後，即授賈賁為監察禦史。令狐潮為報殺妻兒之仇，於二月十六日率精兵攻打雍丘，賈賁出擊，戰敗而死。張巡率眾力戰，擊退叛軍，因作戰勇敢，贏得了軍民的信任，被奉為主帥。張巡遂兼領賈賁之眾繼續守城，在壹個月的時間裏擊敗了叛軍的多次進攻，使其傷亡過半。張巡將戰況上報李祗後，李祗將兗州以東的戰事委認給張巡，從此張巡自稱吳王先鋒使，擔負起保衛雍丘的重任。
在洛陽失守後，唐朝廷迅速調集和組織兵力，在洛陽南、北兩個方向抗擊安軍。在河北有常山(今河北正定)太守顏杲卿、平原(今山東陵縣)太守顏真卿、東平太守吳王李祗、濟南太守李隨、饒陽(治個河北深州西南)大守盧全誠等，皆以兵討安祿山，阻擊和牽制了安軍，使其不能西進。此時唐軍逐漸形成了兩大戰場：壹是牽制安軍西進的作戰；二是阻裁安軍南下江淮的作戰。江淮地區是唐朝的財賦供應之地，壹旦被叛軍攻占，後果不堪設想。而雍丘則是從洛陽通往江淮地區的要道，有著極為重要的戰略意義，所以當叛軍初次攻打雍丘失敗後，並不就此甘心，準備再次攻打雍丘，壹場大仗已是不可避免。
三月二日，令狐潮又與叛將李懷仙、楊朝宗、謝元同等率兵4萬余人爭奪雍丘(雍丘之戰)。城中軍民大為恐慌，皆無守城的信心。張巡經過冷靜思考，認真分析敵情後，做出壹個大膽的決定。他對諸將說：“賊兵精銳，有輕我心。今出其不意擊之，彼必驚潰。賊勢小折，然後城可守也。”諸將聽後皆表示同意。張巡立即使千人登城防守，自率千人，分數隊，突然打開城門直沖叛軍陣營，叛軍剛到，還立足未穩，遂驚駭後撤。第二天，叛軍再次攻城，環城安置百門石炮轟擊，城樓及城上女墻全被毀壞。張巡於城上立木柵，擋住叛軍進攻。叛軍黔驢技窮，只好采取強攻，紛紛緣城攀登。張巡毅用蒿草束灌上油脂，焚而投之，叛軍被燒得焦頭爛額，無法登城。張巡有時瞧準叛軍松懈，突然出兵襲擊；有時夜深人靜，偷襲敵營。如此堅守60多天，經大小300余戰，帶甲而食，裹傷再戰，終於將叛軍擊退，並乘勢追擊，殲滅敵兵2000余人，幾乎 活捉令狐潮。五月中旬，令狐潮再次領兵圍攻雍丘。令狐潮與張巡過去相識 ，他親至城下，想勸張巡投降。令狐潮說：“本朝危蹙，兵不能出關，天下事去矣。足下以羸兵守危堞，忠無所立,盍相從以茍富貴乎？”結果遭到張巡的斷然拒絕，並借此機會羞了令狐潮：“古者父死於君，義不報。子乃銜妻孥怨，假力於賊以相圖，吾見君頭幹通衢，為百世笑，奈何？”令狐潮聽後，羞慚而退。
此時，哥舒翰固守潼關，使叛軍無法前進；郭子儀與李光弼在河北接連大敗史思明部，切斷了叛軍前線與範陽老巢之間的交通線；叛軍東進、南下又被張巡和魯炅阻於雍丘和南陽(今河南鄧州)(參見南陽之戰)。安祿山前進不得，後方又受到威脅，軍心動搖，打算放棄洛陽撤回範陽。戰爭形勢出現了有利於唐軍的轉機。但此時唐玄宗卻過高估計戰局的好轉，於六月強令哥舒翰出兵決戰，結果唐軍在靈寶西原中伏大敗(參見靈寶之戰)，潼關防線徹底瓦解，平叛形勢隨即急轉直下。潼關陷落幾天之後，唐玄宗帶著皇族親貴，倉皇逃往蜀中。長安被安軍占領。李光弼正圍困史思明於博陵(今河北定州)，並準備著揮師北上直搗範陽，忽聞潼關失守，只好解圍南退，與郭子儀壹起退入井陘(今河北獲鹿西南)。七月，李亨在靈武(今寧夏靈武西南)即帝位，是為唐肅宗，改元至德，尊玄宗為上皇天帝。
此時令狐潮圍攻張巡於雍丘已40余日，與朝廷已斷絕聯系。當令狐潮聞知長安已經失守，玄宗已逃往西蜀時，便寫信給張巡，再次進行勸降。守軍將領中有6人也認為兵勢懸殊，且玄宗存亡未蔔，都勸張巡投降。張巡表面上裝作答應。第二天，張巡把玄宗畫像掛在堂上，率將士進行朝拜，壹時間人人皆哭。然後張巡引6將於堂前，責以大義，斬之，更加堅定了守城決心。
當時糧食饋乏，叛軍送來的數百艘裝運鹽米的船支即將運到前線。張巡得知這壹消息，采取聲東擊西之計，自己率兵乘夜出城南，令狐潮聞訊領兵來戰。而張巡卻另派勇士來到河邊，奪取叛軍的鹽米千斛，其余全部燒毀，然後安全返回城中。
由於叛軍不斷攻城，城裏的箭用完了。張巡就命士卒捆草人千余，穿上黑衣，夜間放下城去。叛軍發覺後，以為來偷襲的，爭相放箭。當叛軍發現是草人時，唐軍已得箭數十萬支。以後幾天之後，張巡精選了500名勇士，在夜色中悄悄放下城去，叛軍以為這次仍是草人，笑而不備。這500勇土乘機襲擊令狐潮軍營，叛軍被殺了個措手不及，頓時大亂，焚壘而逃，唐軍追擊10余裏而還。令狐潮接連中計，腦羞成怒，繼續增加兵力圍城。
張巡讓郎將雷萬春在城頭上與令狐潮對話，叛軍乘機用弩機射雷萬春。雷萬春臉上雖被射中了六處，仍舊巍然挺立不動。令狐潮懷疑是木頭人，就派兵去偵察，得知確實是雷萬春，十分驚異，遠遠地對張巡說：“向見雷將軍，方知足下軍令矣，然其如天道何！”張巡回答說巡謂之曰：“君未識人倫，焉知天道！”
雍丘被圍日久，薪柴全部用完，張巡又欺騙令狐潮說：“欲引眾走，請退軍二舍，使我逸。”令狐潮不知是計，於是引兵後撤。張巡遂率領全部軍民分四面出城三十裏，拆屋取木，然後返回城中。令狐潮大怒，又帶軍圍城，指責張巡言而無信。張巡對令狐潮說：“君須此城，歸馬三十匹，我得馬且出奔，請君取城以藉口。”令狐潮果然送來戰馬三十匹。張巡得到馬後，全部分給部下驍將，並對他們說：“賊至，人取壹將。”第二天，令狐潮責問張巡為何還不出城投降，張巡說：“吾欲去，將士不從，奈何？”令狐潮這才知道又中張巡之計，準備列陣攻城，陣還未布好，張巡的三十名驍將突然殺出，不久張巡又率兵出戰，擒獲叛將十四人，斬百余級，收器械牛馬。叛軍乘夜而逃，收兵入保陳留，不敢再出來交戰。
不久，叛軍步、騎兵7000余人進駐白沙渦，張巡夜間率兵襲擊，大敗叛軍。張巡回軍到桃陵(今河南汜水縣東南十裏)時，又與400余名叛軍的救兵相遇，將其全部俘獲。張巡把被俘的叛軍分開，將其中的媯州(治今河北懷柔東南)、檀州(治密雲，今屬北京)兵以及胡人全部殺掉；將滎陽、陳留的脅從兵則予以遣散，令他們各歸其業。十日之間，民眾脫離叛軍來歸附張巡的達壹萬余戶。
同月，令狐潮率部將瞿伯玉再攻雍丘。狐潮先派四名使者入城勸降，結果被張巡全部斬殺，然後將其隨從押送吳王李祗之處。至此，張巡率千人之眾，堅守孤城四月，抗擊數萬叛軍的進攻，每戰皆捷。當時，河南節度使虢王李巨屯守彭城(今江蘇徐州)，假張巡為先鋒。 雍丘之戰，張巡在敵眾我寡的形勢下，據守孤城，以忠義激勵將士，臨機應敵，智謀超群，因而取得了防守雍丘的勝利，阻止了叛軍南下的企圖。
此後的壹段時間，張巡又多次再敗了叛軍。八月，安祿山的河南節度使李庭望，親率大軍2萬進攻雍丘，距城東30裏安營，以斷張巡之後。張巡率精兵3000出擊，大破叛軍，斬殺大半。李庭望收軍連夜逃走。十月初四，令狐潮與王福德又率領步、騎兵萬余人進攻雍丘。張巡領兵出擊，再次大敗叛軍，斬殺數千人，叛軍敗逃而去。十二月，令狐潮率兵萬余人紮營於雍丘城北，張巡領兵出擊，又大敗叛軍，叛軍逃走。
令狐潮、李廷望率兵數萬攻雍丘(今河南杞縣)，不僅數月未能攻下，反而連續戰敗，遂不敢輕易圍攻雍丘。無奈之下，叛軍只得在十二月時在雍丘以北設置杞州，築城斷絕雍丘的糧食援助，以逼張巡。又遣兵攻陷魯郡(今山東兗州)、東平(今山東東平西北)、濟陰(今山東定陶西南)均被叛軍攻陷，河南節度使虢王李巨領兵東走臨淮。叛將楊朝宗率兵2萬，準備襲擊寧陵(今河南寧陵東南)，以切斷張巡後路。在這種情況下，雍丘已不可守，張巡遂主動放棄雍丘，率馬300匹、兵3000人轉守寧陵，與睢陽太守許遠、城父令姚訚等合兵。當天，楊朝宗率兵進至寧陵城西北後，張巡、許遠派部將雷萬春、南霽雲領兵迎戰(參見寧陵之戰)。經過壹晝夜激烈廝殺，大敗楊朝宗部，殺叛將20員，斬首萬余級，死屍塞滿汴水，頃流而下。楊朝宗收集殘部，連夜逃去。唐肅宗下敕書任命張巡為河南節度副使，指揮江淮方面的作戰。張巡認為部下將士有功，派遣使者向虢王李巨請求給予空名的委任狀以及賞賜物品，而虢王李巨只給了折沖都尉與果毅都尉的委任狀三十通，沒有給予賞賜的物品。張巡寫信責備李巨：“宗社尚危，圍陵孤外，渠可吝賞與貲？”李巨竟不予回信。
此時，平叛戰爭逐漸惡化。至德二年(757年)正月，安祿山為其子安慶緒所殺，安慶緒據洛陽稱帝。叛軍史思明部重新奪回河北諸郡，然後進圍孤城太原(參見太原之戰)，企圖奪取河東，進而長驅直取朔方、河西、隴右等地。安慶緒又以尹子奇為河南節度使，率兵進攻睢陽，以圖向江、淮方向發展，奪取財賦重地。這樣壹來，雙方爭奪的焦點遂轉移到太原、睢陽兩個戰略要地，兩地如有壹處被攻克，其後果都不堪設想。 正月二十五日，尹子奇率媯、檀二州及同羅、突厥、奚等兵，與楊朝宗會合，***13萬大軍進攻睢陽(參見睢陽之戰)。睢陽太守許遠聞訊，急忙向張巡告急。張巡率軍3000余自寧陵入睢陽，與許遠合兵***6800人，在全城人民的支持下，與叛軍展開激戰。叛軍全力攻城，張巡親自督戰，勉勵將士，與叛軍晝夜苦戰，有時壹天之內打退叛軍20余次進攻，連續戰鬥16晝夜，***俘獲叛軍將領60余人，殺死士卒2萬余人，守軍士氣倍增。許遠見張巡智勇兼備，便對他說：“遠懦，不習兵，公智勇兼濟；遠請為公守，公請為遠戰。”從此二人做了分工，許遠負責調軍糧、修戰具等後勤保障工作；張巡全面負責軍事指揮。從此二人密切配合，膽肝相照，結下了生死之情。當時許遠部將李滔救援東平，降於叛軍，還暗中與大將田秀榮勾結。許遠知道後，將此事告之張巡，張巡將田秀榮召至城上，斬首示眾。在守軍的頑強抵抗下，叛軍屢次攻城不下，只好乘夜退去。張巡率士兵連敗尹子奇，獲車馬牛羊甚多，全部分給將士，自己絲毫不要。唐肅宗下詔拜張巡為禦史中丞、許遠為侍禦史、姚摐為吏部郎中。
張巡欲乘勝襲擊陳留，尹子奇聞訊後，於三月中旬再次引大軍圍攻睢陽。張巡激勵將士說：“吾受國恩，所守，正死耳。但念諸君捐軀命，膏草野，而賞不酬勛，以此痛心耳。”將士們聽後，情緒激動，奮勇請戰。於是張巡殺牛設宴，犒勞士卒，率全軍出戰。叛軍看見官軍兵少，不以為意。張巡手執戰旗，親率將士直沖叛軍營壘，叛軍準備不足，大潰。唐軍斬敵將30余人，殺士卒3000余人，追逐數十裏。第二天，叛軍又至城下，張巡率兵出戰，多次擊退叛軍的進攻，最激烈時壹晝夜要接戰數十次，多次挫敗了叛軍的鋒芒，但叛軍仍圍攻不止。
五月，尹子奇增加圍城兵力，攻城更加猛烈。張巡為了疲憊敵人，經常於夜間在城內鳴鼓整隊，作出要出擊的樣子，使叛軍通宵達旦不敢休息，處於戒備狀態。天亮之後，張巡又停鼓息兵。叛軍以飛樓瞰視城中，見城內毫無動靜，於是解甲休息。張巡乘敵懈怠，與勇將商霽雲、雷萬春等十十余人，各率50騎兵，突然出擊，直沖尹子奇軍營，叛軍大亂，斬敵將50余人，殺士卒5000。
叛軍中有壹胡人酋長披甲，率胡兵千騎欲招降張巡。張巡暗中將數十名勇士縋在護城壕中，並配以鉤、陌刀、強弩等兵器，約好：“聞鼓聲而奮。”胡人恃其兵多，未加防備。當胡人行至墻下時，城上鼓聲忽然響起，數十名勇士突然殺出，將其全部擒獲。後面的叛軍不知前面的胡人因何出事，想要救人，但都被強弩射退，無法前行。過了壹會兒，藏在護城壕中的勇士順城墻爬回女墻，叛軍這才知道其中的原由，大為驚諤，從此按兵不動。 張巡想擒賊擒王，決定射殺尹子奇，但將士們都不認識他。張巡遂將蒿草削作箭頭，射向叛軍。被射中的叛軍十分高興，以為城內箭已用完，立即向尹子奇報告。張巡因此認出了尹子奇，讓南霽雲射殺尹子奇。南霽雲壹箭射中尹子奇左眼，叛軍頓時亂作壹團。唐軍趁勢殺出，幾乎活捉尹子奇，尹子奇只好帶傷敗退，睢陽之圍遂解。
七月六日，尹子奇又壹次集中數萬兵力圍攻睢陽。在此之前，許遠在睢陽本積存的6萬石糧食，可供軍民壹年之用，但虢王李巨堅持把其中的壹半分給濮陽(今屬河南)、濟陰二郡，許遠拒理力爭也無濟於事。結果濟陰在得到糧食後，很快就投降了叛軍，睢陽城內此時發生糧荒，士卒每口糧食減至壹合(10合為1升)，只好摻以茶、紙、樹皮等為食，嚴重地影響了戰鬥力，瘦弱得連弓弩都拉不開。但守軍在張巡的率領下，仍然頑強戰鬥。由於外無救援，士兵饑病不堪，守城兵力減至1600余人。
叛軍重兵包圍睢陽，張巡則準備守城的戰具抵禦叛軍。叛軍制作雲梯，高大如半個彩虹，上面安置了200精兵，推至城下，想由此跳入城中。張巡事先在城墻上鑿了三個洞穴，等待雲梯快臨近時，從壹穴中伸出壹根大木，頭上設置鐵鉤，鉤住雲梯使其無法後退，另壹穴中出壹根木頭，頂住雲梯使其無法前進；其余壹穴中出壹大木，頭上安置了壹個鐵籠，籠中裝著火，焚燒雲梯。結果雲梯從中間被燒斷，梯上的叛軍全部被燒死。叛軍又用鉤車鉤城頭上的敵樓，鉤車所到之處，敵樓紛紛崩陷。張巡在大木頭上安置了連鎖，鎖頭裝置大環，套住叛軍的鉤車頭，然後用皮車拔入城中，截去車上的鉤頭，然後把車放掉。叛軍又制作木驢來攻城，張巡就熔化鐵水澆灌木驢，木驢當即被銷毀。叛軍最後在城西北角堆積柴草作成蹬道，想借此登城。張巡白天不與叛軍交戰，壹到夜晚，就派人暗中把松明幹蒿等易燃物投進正在堆積的階道中，叛軍卻毫無察覺。十余日後，張巡率軍出城大戰，並使人順風放火燒其蹬道，叛軍無法救火，火經20余日方滅。張巡指揮作戰，都是隨機應變，叛軍無計可施，皆為智勇所懾服，不敢再來進攻，於是在城外挖了三道壕塹，並置立木柵圍困睢陽，張巡也在城內挖了壕溝以對抗敵人。
八月，睢陽守軍死傷之余，士卒已銳減到600人。張巡與許遠把全城分為兩部分，親自率兵固守，張巡守東北，許遠守西南。二人與士卒同甘***苦，晝夜守備不懈。對於攻城的叛軍，張巡還對他們曉以大義，結果叛軍中有200余人先後倒戈。當時叛將李懷忠 在城下巡邏，張巡問他：“君事胡幾何？”李懷忠答：“二期。”張巡又問：“君祖、父官乎？”李懷忠答：“然。”張巡又問：“君世受官，食天子粟，奈何從賊，關弓與我確？”李懷忠 答：“不然，我昔為將，數死戰，竟歿賊，此殆天也。”張巡又問：“自古悖逆終夷滅，壹日事平，君父母妻子並誅，何忍為此？”李懷忠聞聽此言，掩面流淚而去，隨即率數十人降於張巡。
是時，唐軍將領許叔冀在譙郡、尚衡在彭城、賀蘭進明在臨淮，皆擁兵不救。張巡見城中日益艱難，便派南霽雲突圍，向許叔冀求援兵。但許叔冀拒絕出兵，只送了數千端布。南霽雲見狀，怒不可遏，在馬上大罵許叔冀，要與其決壹死戰。許叔冀理虧，不敢相應。隨後，張巡 又派南霽雲率騎兵30人，突出重圍，向駐守臨淮的賀蘭進明求救。南霽雲出城後，軍數萬叛前來阻擊，南霽雲率騎兵直沖敵陣，左右射擊，所向披靡，僅損失了兩名騎兵。
南霽雲到達臨淮，見到賀蘭進明，說明來意，可賀蘭進明 卻說：“今日睢陽不知存亡，兵去何益！”南霽雲說：“睢陽若陷，霽雲請以死謝大夫。且睢陽既拔，即及臨淮，譬如皮毛相依，安得不救！”但賀蘭進明仍不答應。賀蘭進明不發救兵壹是忌妒張巡、許遠功名。二是他與當朝宰相房琯不和，房琯以許叔冀為賀蘭進明的都知兵馬使，俱兼禦史大夫，擎制賀蘭進明。許叔冀自恃麾下皆是精銳，而且官職與賀蘭進明等，所以不受其節制。賀蘭進明怕壹但出發救兵，會被許叔冀所襲，故不敢分兵。賀蘭進明見南霽雲驍勇善戰，不但不發兵，還想將南霽雲留為已用，於是設了豐盛的酒宴招待南霽雲，還伴歌舞為樂。南霽雲見此情景，淚如雨下，哭著說：“本州強寇淩逼，重圍半年，食盡兵窮，計無從出。初圍城之日，城中數萬口，今婦人老幼，相食殆盡，張中丞殺愛妾以啖軍人，今見存之數，不過數千，城中之人，分當餌賊。但睢陽既拔，即及臨淮，皮毛相依，理須援助。霽雲所以冒賊鋒刃，匍匐乞師，謂大夫深念危亡，言發響應，何得宴安自處，殊無救恤之心？夫忠臣義士之所為，豈宜如此！霽雲既不能達主將之意，請嚙壹指，留於大夫，示之以信，歸報本州。”言畢，南霽雲咬掉自己壹根手指，壹時間眾人皆驚，無不為之淚下。隨後，南霽雲抽箭射向佛寺浮圖的墻壁，發誓道：“吾破賊還,必滅賀蘭，此矢所以誌也！”
南霽雲憤然離開後，先到真源，真源令李賁送給南霽雲馬百匹；到寧陵時，又收羅了城使廉坦的步騎3000余人。閏八月十五日，南霽雲返回睢陽，叛軍因南霽雲突圍外出，日夜加以提防，南霽雲在城外經過大戰，殺開壹條血路，所帶兵馬，入城者僅千余人。城中將士聞知救兵未至，慟哭數日。
尹子奇知道城中糧盡援絕，加緊攻城。至十月時，睢陽糧盡援絕，只好吃樹皮，樹皮吃光後，被迫宰食馬匹，馬盡，便掘鼠羅雀。但這仍然無法滿足每日所需，在這種情況下，終於發展到食人的悲慘境地。為了保證將士的戰鬥力，張巡將自己的愛妾帶到眾人面前，對大家說：“諸公為國家戮力守城，壹心無二，經年乏食，忠義不衰。巡不能自割肌膚，以啖將士，豈可惜此婦，坐視危迫。”⑨於是愛妾殺死，煮熟後犒賞將士。將士見後，無不哭泣，張巡強令大家吃下。不久，許遠也將奴僮殺死，用來充饑。隨後將城中婦女捆束起來，既盡，又將老幼男子用來充饑。至城破之日，所食人口達二三萬 。百姓也知城破必死，所以無人相叛，最後只乘下400余人。
在這種情況下，有人開始議論棄城突圍而走，但張巡、許遠卻堅持認為：“睢陽，江、淮之保障，若棄之去，賊必乘勝長驅，是無江、淮也。且我眾饑羸，走必不達。古者戰國諸侯，尚相救恤，況密邇群帥乎！不如堅守以待之。”於是堅守待援。
十月九日(即公元757年11月24日)，叛軍再次攻城，守軍將士都無力作戰，睢陽城終於被叛軍攻破。城破之時，張巡向西遙拜道：“臣智勇俱竭，不能式遏強寇，保守孤城。臣雖為鬼，誓與賊為厲，以答明恩。”城陷後，張巡、許遠被俘。部下見到張巡，無不慟哭，張巡安慰大家說：“安之，勿怖，死乃命也。”眾人皆不能仰視。尹子奇見到張巡後問道：“聞公督戰，大呼輒眥裂血面，嚼齒皆碎，何至是？”張巡答道：“吾欲氣吞逆賊，顧力屈耳。”尹子奇大怒，用刀將張巡的嘴劃開，只見裏面的牙齒只剩下三、四個。張巡怒罵道：“我為君父死，爾附賊，乃犬彘也，安得久！”尹子奇佩服張巡的氣節，有意將他釋放，這時有人說：“彼守義者，烏肯為我用？且得眾心，不可留。”於是想用武力逼張巡投降，但張巡大義凜然，寧死不屈。於是叛軍又勸南霽雲投降，但南霽雲未表態。張巡以為南霽雲意誌動搖，大呼道：“南八！男兒死爾，不可為不義屈！”南霽雲笑道：“欲將有為也，公知我者，敢不死！”遂不肯投降。同日，張巡與南霽雲、姚訚、雷萬春等36位將領被殺。許遠被執送洛陽，於途中被殺。是年，張巡四十九歲。
睢陽之戰，張巡臨敵應變，出奇制勝，面對強敵，堅守長達十月之久，歷大小400余戰，斬將300、殲滅叛軍12萬人。加上此前的雍丘之戰，***計21個月之久，使得唐朝財賦供應基地江淮地區得以保全，並為唐軍組織反攻贏得了時間。
在此之前，唐宰相兼河南節度使張鎬聞知睢陽危急，晝夜兼程，並命浙東李希言、浙西司空襲禮、淮南高適、青州鄧景山四節度使及譙郡太守閭丘曉等***同出兵救援。閭丘曉距離最近，竟不遵命出兵，等張鎬趕到睢陽時，城破己3日了。張鎬壹怒之下，召閭丘曉至，將其斃於杖下。10天後，唐軍組織戰略反攻，壹舉收復長安(參見唐收復長安之戰)。 史稱：“以寡敵眾，以饑禦飽，食盡救不至，終以身殉國。從來戰鬥之苦惡，臨難之壯烈，孰有過於張巡者？”
張巡死後，皇帝下詔，贈張巡為揚州大都督，遠荊州大都督；南霽雲開府儀同三司、再贈揚州大都督；並寵其子孫，張巡子張亞夫拜金吾大將軍；同時還免除了睢陽、雍丘的三年徭稅。唐肅宗還詔封其為鄧國公，史稱張中丞。貞元(785—805年)中，贈張巡之妻為申國夫人，賜帛百。大中(847—859年)年間， 還將張巡、許遠、南霽雲三人的畫像置於淩煙閣。張巡的事跡壹直為後人頌揚，為紀念張巡，後人在睢陽、杞縣、南陽等地為他建立祠廟。並把他與張衡、張仲景譽為“南陽三張”。至今，江淮、臺灣、東南亞等地居民仍供奉張巡像，尊他為“唐代嶽飛”、“張王爺”。同時還成立了張巡研究會，出版各種研究著作予以宣揚傳頌。