廉颇有勇有谋，破齐、抗秦、击燕，屡战屡胜。不仅立下了卓著的战功，而且还有独到的谋略。
公元前283年赵国伐齐时，廉颇为将。他率军直取阳晋，大获全胜。一战扬名，廉颇随即被拜为上卿。
此时，正值秦昭王即位，他雄心勃勃，四出征伐，而赵国首当其冲。秦军剽悍，一路锐进，迫使赵军退守在内地。危难之际，廉颇再次拜为上将。在廉颇的出色指挥下，赵军很快将秦军赶出了赵国。
秦昭王不肯罢休，再度攻赵。廉颇又率军再度击退了秦军。进退不能，秦昭王便派出使臣，打算约赵王到秦国军队集结的渑池进行会谈。因为没能在军事上打赢赵国，秦王就想用会谈压服赵王，以挽回军事上失利的颜面。秦王的盘算是，如果赵王不敢赴会，秦国在外交上就占了上风。赵王一旦赴会，如果他不肯作出让步，就地将其扣押。
赵王对赴会与否感到很为难。不去，赵国在战场上连连取胜，自己连赴会都不敢，就会让秦王和各诸侯国笑话。赵王很是胆怯，打算不去。而廉颇很有政治见解，力劝赵王赴会。他认为，如果不赴会，秦王就会以为赵国懦弱可欺，不仅在外交上失利，还会助长秦国的嚣张气焰。接着，廉颇又从军事角度分析了秦国的处境和秦王的真实意图。他说，秦国实力最强，他要对外扩张，战略进攻方向主要有两个：一是向东进攻赵国，一是向南进攻楚国。秦国目前在赵国的进攻连连失利，秦王很可能想目标转向楚国。对于秦王的诡计，不能不防，但只要做好准备，渑池之会并不可怕。廉颇的见识高人一超，赵王十分信服。廉颇送赵王和蔺相如赴会，在临别时，他又向赵王建议：“此次赴会，算上来回，预计需要三十天。如果不能回来，请允许我新立太子为王，以绝秦灭赵之望。”赵王应允。廉颇随即调集军队于秦赵边境，以备不虞之测。
渑池之会，因为廉颇的筹措得当、蔺相如的机智勇敢，秦昭王的阴谋再一次破产。赵国赢得了外交上的又一次胜利。
公元前260年，秦国大将王龁领兵攻打韩国上党郡，上党郡太守一面抗击，一面遣使向赵国求助。新立不久的赵孝成王便派廉颇领兵四十万援韩。赵军刚到长平关，韩军就已经败退到此。于是，廉颇立即下令全军停止前进，亲自勘查地形，选定要害处安营扎寨。不久，王龁追到了长平关。两军在此对峙，剑拔弩张，拉开了长平之战的战幕。
由于秦军十分剽悍，又是胜利进军，来势凶猛，赵军连连失败，处于被动局面。
初战失利，廉颇临危不惧。他冷静地分析了敌情，秦军乘胜追击，士气正旺，赵军很难与之争锋。但秦军深入别国，远离后方，后勤供应困难，难以持久作战。因此廉颇立即决定改变方略，命令赵军坚守，养精蓄锐，以逸待劳，等到秦军疲惫，粮草供应不足、士气低落之时，再一鼓作气，全线出击。
赵军于是坚壁清野，凭险固守，不管王龁如何挑战，就是不予决战，秦军的攻势就这样被化解了。长平之战也由此进入了相持阶段。
秦军求胜不得，又不能退出，眼见粮草日益贫乏，士气低落，将士们产生了厌战情绪。王龁深知这仗拖不起，便向秦王报告了这一情况。秦昭王知道，廉颇是名将，不除掉他就难以取胜。他于是派出亲信携带黄金、珠宝去赵国收买赵王左右近臣。同时，相国范雎又派出间谍冒充商人混入赵国，制造谣言，说“廉颇老了，胆量变小了，害怕秦军，不敢和秦军打仗。”又说：“赵国真正能打仗的只有将门之后赵括，秦国最害怕他。”
赵孝成王他本来就对廉颇按兵不动很不满意，现在又听到朝野内外议论纷纷，更加怨恨廉颇不战，便派人限令廉颇出战。廉颇则始终认为战机不到，不能轻率出战，不服从赵王的命令。盛怒之下，赵王撤掉了廉颇的职，另行委派了赵括接掌帅印。没有实战经验的赵括，甫一一接任，立即改变了廉颇的战略部署，盲目出击，结果陷入了秦军名将白起军队的重围，致使四十余万赵军被俘，全被秦军活埋。赵国的实力巨损。
长平之战结束后一年，秦王又命王陵攻赵，赵军无力阻挡，，秦军很快兵临邯郸。在这紧要关头，廉颇又一次挺身而出，率领残余军队抵抗。由于廉颇善于用兵，有一套很好的战略战术，而且采取了军民联防的措施，一边坚守城池，一边屡出奇兵与秦军周旋，强大的秦军结果屡战屡败，打了一年，也没能攻下邯郸。后来，魏、楚联军援赵，终于大败秦军，邯郸保卫战取得了重大胜利。
经年日久的战争，让赵国损失惨重，国力日衰。眼见如此，燕王打起了赵国的主意。他让丞相栗腹以向赵王祝寿的名义出使赵国，打探虚实。栗腹回国后告诉了燕王自己的所见所闻。赵国的青年在长平之战中绝大部分都被坑杀了，留在国内的只有残兵老将。栗腹怂恿燕王，此时攻赵国一定会胜利。但乐毅之子乐间却明确表示反对，他认为赵国虽然连年和秦国交战，但百姓习于兵马，对军事也都知晓。如果进攻赵国，燕国一定会失败。面对乐间的诤言，燕王充耳不闻。他命令栗腹率领十几万大军分两路攻赵，一部攻代城，一部攻鄗（念号）城。
廉颇老而益壮，再度领命出战。他认为虽然燕军来势汹汹，但是过于骄傲，骄兵必败。而且长途跋涉让燕军人马困乏。廉颇决定采取逐步击破的战术，以乐乘率小部分赵军守代城，而自己率领大部队在鄗城迎击燕军主力部队。终于不负众望，在廉颇的指挥下，赵军于鄗城大败燕军，杀死了栗腹。接着赵军乘胜追击，打到了燕国都城。燕王害怕，便派出了使臣，以割让五城为条件向赵王求和。羸弱的赵军在廉颇的带领下再次获得了胜利，让赵军恢复了作战的自信心，扫去了长平之战中的阴霾。而鄗代之战也让廉颇达到了他军事生涯的顶峰。