长平之战后，秦国趁势包围赵都邯郸，持续一年多，幸有魏公子信陵君窃取兵符相救得以不灭，但国力已大减。

燕以赵大伤于长平，以丞相栗腹为将，针对赵国“壮者尽于长平，其孤未壮”的状况，于秦昭襄王五十六年(前251年)举兵攻赵。赵使廉颇为将，指挥了著名的鄗代之战。他将全军分为两路，一路由乐乘率领直趋代地，抗击西路燕军，一路亲自率领，迎战燕军主力于鄗城(今河北柏乡县北)。廉颇指挥为保卫乡土而同仇敌忾的赵军，采取集中兵力打敌正面的战法，首战告捷，挫敌兵锋，打掉了燕军的嚣张气焰。接着，他率领赵军大败燕军主力，阵斩栗腹。燕军主帅被斩，惊慌溃退。廉颇抓住燕军败退之机，立命赵军乘胜追击，长驱500里，于前250年进围燕国都城蓟(今北京市)。燕王喜眼看燕国危在旦夕，只好答应赵国提出的割让5城等全部要求，向赵国求和。廉颇因功封信平君，为相国。廉颇任相国前后约六七年，多次击退入侵敌军，并伺机出击。前245年，带兵攻取了魏地笼阳(今河南内黄县西北)，说明赵国国力又有恢复。

秦始皇二年(前245年)，赵孝成王卒，其子赵悼襄王继位。襄王听信了奸臣郭开的谗言，解除了廉颇的军职，派乐乘代替廉颇。廉颇因受排挤而发怒，攻打乐乘，乐乘逃走。廉颇于是离赵投奔魏国大梁(今河南省开封市)。廉颇去大梁住了很久，魏王虽然收留了他，却并不信任和重用他。赵国因为多次被秦军围困，赵王想再任用廉颇，廉颇也想再被赵国任用。赵王派遣使者宦官唐玖去带着一副名贵的盔甲和四匹快马到大梁去慰问廉颇，看廉颇还是否可用。廉颇的仇人郭开却唯恐廉颇再得势，暗中给了唐玖很多金钱，让他说廉颇的坏话。赵国使者见到廉颇以后，廉颇在他面前一顿饭吃了一斗米，十斤肉，还披甲上马，表示自己还可有用。但使者回来向赵王报告说：“廉将军虽然老了，但饭量还很好，可是和我坐在一起，不多时就拉了三次屎。”赵王认为廉颇老了，就没任用他，廉颇也就没再得到为国报效的机会。