史思明听说几人同时前来，知道对方不怀好意，便在营帐之外设好埋伏，然后自己率领几万士兵迎接安庆绪派来的使者。见到阿史那承庆和安守忠后，立即下马行礼，握手叙旧，十分殷勤。阿史那承庆等不好下手，只好随其进了范阳城。史思明于是将他们领进客厅，命令奏乐设宴，盛情款待。酒酣耳热之际，史思明掷出一只酒杯，发出动手的信号，埋伏的士兵一拥而入，将三人一一拿下，同时截住几人带来的队伍，给了些钱财，让其回家去了。
然后，史思明向唐廷奉上归降书，说是自己愿意率领管辖范围内的十三个郡以及十三万兵力向唐投降。肃宗得到报告后十分高兴，立即封了史思明为归义王，还兼范阳节度使，其七个儿子都被授予显赫官位。
史思明受了册封之后，马上斩了安守忠和李立节两人，以表明自己对朝廷的诚意。只有阿史那承庆与史思明从前就颇有交情，所以没有被杀。然后，史思明又走遍河北地区，宣传朝廷宗旨，有好几个州因此又相继归降，只有相州还属于安庆绪。
当时，唐朝对叛军剿抚并用，他一度投降唐朝。朝廷封他为归义王，任范阳长史、河北节度使。
复叛称帝
虽然假装归降，史思明“外示顺命，内实通贼”，不断招兵买马，引起唐肃宗警觉。乾元元年（公元758年）5月，以乌承恩为副使，派到史思明军中作“策反”工作，想伺机杀掉这个居心叵测的反贼。李光弼也对乌知思严加嘱托，派他赶快行事。
乌承恩晚上多次打扮成妇人，夜入诸将家里“策反”。没想到这些蕃将出身的将领对史思明很忠心，转头向史思明告发。
由于没有实证，史思明也下不了手。在宾馆之中，史思明在乌承恩床下埋伏两个人。夜见，乌承恩与儿子密谈，说：“吾承上命除此逆胡！”床下两人闻言突出。
史思明马上带兵抓住乌承恩，搜出李光弼的书信以及写有应该诛杀的叛将名单。史思明等贼将大怒，大呼：“我们都投降了，怎么还对我们这样！”乌承恩是个怂包，咕咚跪下，说这些都是李光弼指使他干的。史思明大怒，杀掉乌承恩和他儿子以及从属两百多人，重新反叛。史思明的参谋耿仁智劝他不要反复，他却亲手用棍击碎这个跟了他三十多年的参谋的脑袋。
乾元二年正月（公元759年），史思明僭称大圣周王。
肃宗命令包括郭子仪和李光弼在内的九位节度使讨伐安庆绪。肃宗本来想派郭子仪作统帅，但考虑到郭子仪和李光弼功业相当，不好安排，便不设元帅一职，而是另外立了一个观军容使的名目，居然让一个叫鱼朝恩的宦官充任。当时郭子仪因为刚刚吃了败仗，便未急着出击。史思明于是趁机收集残兵，驻扎在邺南。而安庆绪则派人大搜官军溃散之后留下的营地，得到大批粮食。有了粮食，安庆绪又开始不买史思明的账。史思明派人对其进行严词谴责，安庆绪又害怕起来，甚至对史思明称臣。史思明回信说愿意略去君臣礼节，改称兄弟，且热情邀请安庆绪前来歃血同盟。待安庆绪冒冒失失地带着四个弟弟及部下孙孝哲、崔乾佑、高尚等人前去，史思明却换了态度，将安氏兄弟赐死，而将孙孝哲、崔乾佑、高尚等人处斩。
之后，史思明带兵进入邺城，收降安氏遗众，留下儿子史朝义驻守，自己还回到范阳，五月，更国号大燕，自称应天皇帝，年号顺天，立妻子辛氏为皇后，封儿子史朝义为怀王、周挚为宰相、李归仁为将军，改称范阳为燕京。
被儿谋杀
上元二年（761年）春，史思明被史朝义与部将谋杀。史思明部下兵将是安史叛军中最残暴的队伍，每攻陷郡城，都杀光老弱男丁，以壮丁为挑夫，把妇女奸淫殆遍，凶淫无比。魏州一役，史思明军一天就杀掉三万多人，平地流血数日。称帝之后，他又派间谍扬言自己军士思归，诱骗唐军决战。大太监鱼朝恩想立大功，力劝唐肃宗下令各军进攻。不得已，李光弼等人出战，唐军大败，河阳、怀州等军事要地尽归于史思明。
史思明乘胜攻陕州，被唐军挡在姜子坂一带。出战不利，退守永宁。史思明下令筑三角城，约期一个月时间筑成，以贮备军粮。其子史朝义率军士苦干，城筑好后，未及泥抹外墙。史思明巡视到此，大怒，把史朝义、骆悦等大将召至面前，想杀掉他们以立军威。史朝义战战兢兢，深知凶残的史思明完全没有父子之情，哀求说：“兵士太乏累，歇一歇马上就上泥。”史思明喝斥道：“你爱惜属下，就敢违我将命吗！”立马城下，目视兵士上泥，“斯须而毕。”临走，史思明冲史朝义大骂：“等我攻克陕州，斩却此贼！”
史朝义大惧。骆悦等人也因兵败惧诛，力劝史朝义先下手。史朝义不敢答应，骆悦等人就威胁说要投降唐军。史朝义思虑再三，点头示诺。
当夜，史思明宿营中，其亲信曹将军率人守卫。史朝义等人召他来说明行事目的，曹将军“不敢拒”。夜半时分，史思明因梦惊醒，据床惆怅。他平时特别爱听优人唱曲，吃饭睡觉都有几个戏子不离左右。由于他为人残忍，杀戮为常，这些戏子心中也十分恨他。见他惊起，几个人忙问原因，他说：“我刚刚梦见河里的沙洲上有群鹿涉水而至，鹿死水干。”说完，就起身上厕所。几个戏子偷偷说：“鹿者，禄也；水者，命也。此胡命禄都到头了！”
正说话间，骆悦等人提刀闯入，不由分说就劈死数人，逼问史思明所在，余人忙指厕所方向。史思明听见卧帐内响动不对，翻墙而出，骑马刚跑到马槽处，被追赶而来的兵将射中胳膊，滚落马下。史思明忍住痛，问：“何人造反？”有人答称是怀王（史朝义）起事。史思明老奸巨猾，哀求说：“我早上说错话，才有现在这等事。你们别这么快就杀我，等我攻陷长安再杀我不迟。”一失往日凶暴之态，史思明连声乞命。转头看见耷拉着脑袋的亲信曹将军，史思明又大骂：“这胡误我！这胡误我！”骆悦挥手，兵士把史思明捆个结实，幽禁在柳泉驿。
史朝义心惊肉跳，见到骆悦等人复命，还连问：“没有惊动圣人吧？没有伤着圣人吧？”诸将回答说“没有”。一行人伪造史思明诏书，史朝义继位，并杀掉在外统军的史思明亲信大将周挚等人。为绝后患，骆悦等人先行动手，用绳子勒死了这位动辄就要人命的老上司史思明。史朝义在洛阳宫玉芝殿杀死史思明后，用骆驼将其尸体从洛阳驮回范阳（今北京），根据出土玉册记载，宝应元年（762年）五月十八日丙申，史朝义才宣布史思明遗诏，并为他发丧下葬，谥号为“昭武皇帝”。
史思明墓位于北京丰台区王佐乡林家坟西约100米处，地面有高大的封土堆，当地称之为“大疙瘩”。农民长年在此取土，封土取尽后露出汉白玉石块和石条。1965年春，发现玉册、马镫、铜龙、铜牛等文物。1981年3-5月，原北京文物工作队对墓葬进行了清理。出土有玉、金、石、陶、瓷、铜等器物数十件。
史思明与安禄山发动的“安史之乱”沉重的打击了唐朝的统治，自此兴盛一时的李唐王朝，逐步没落。虽然安禄山、史思明只折腾了七八年，但使中原动荡，千万生命死于军乱。与之而来的藩镇割据、宦官专政以及党争之祸，最终把赫赫盛唐推上了不归之路。
