唐开元二十九年(公元741年),王忠嗣代替韦光乘为朔方节度使(今宁夏灵武),天宝元年(公元742年),兼任灵州(今宁夏灵武)都督,这年北伐,与奚怒皆在桑乾河大战,三战三胜,在漠北显示武力,召开盛大宴会而回军。当时突厥发生内乱,忠嗣率领大军在碛口来震慑它们,乌苏米施可汗害怕,请求归降。又在木刺、兰山建筑营地,侦察突厥虚实。因而上奏平定突厥十八策,在拔悉密、葛逻禄、回纥三个部落中施行反间,攻打多罗斯城,渡过昆水,杀米施可汗,建筑大同、靖边二城,迁移清塞、模野军充实它们,合并受降,振武为一座城,从此突厥不敢侵入边塞。天宝四年(公元745年),移任河东节度使(今山西太原)。忠嗣本来自负勇敢,等到成为大将,还能慎重安定边塞。不制造事端。他曾经对别人说:“国家和平时代,作为将军在于安抚大众罢了。我不想竭尽中原的力量,来博取功名。”所以训练士兵,一旦出现空缺,就加以补充。他有一付漆弓,150斤重,藏在袋中,表示没有什么用处。军中士气旺盛,日夜思战,因而派许多间谍来侦察突厥的漏洞,时常派奇兵袭击,所向无敌,所以士兵也都乐于被使用。每次派军队出击,立即召集各将付给兵器,叫发给士兵,即使一弓一箭,都一定在上面写下姓名,军队回来交还,如果遗失,就按姓名治罪,所以人人自我激励,军用物资充足。王忠嗣任职朔方时,每到互相贸易的时候,就高估马价来引诱诸蕃的人,他们听到之后就争着来卖马,送来忠嗣就叫人买下。所以蕃人的马越来越少,而唐军越来越强壮。等到去河西、陇右镇守时,又奏请迁移朔方、河东的战马9000匹来充实军队,那里的军队也强壮。到了天宝末年,战马繁殖增加很多。
天宝五年(公元746年),玄宗准备进攻石堡城,下诏书询问攻取的策略,忠嗣上奏说:“石堡城险固,吐蕃举全国兵力来防守它。如果屯兵在坚固的城下,一定会死伤几万人,然后才能图谋它。我恐怕所得到的不如所失去的,请求整顿休养军队,等待机会来夺取它,这是上计。”玄宗因此不高兴。李林甫特别忌恨忠嗣,每天寻求他的过失。天宝六年(公元747年)正恰董延光献计策请求进攻石堡城,玄宗下令忠嗣分兵接应延光。忠嗣不得已才出兵,而且士兵没有赏赐,延光不高兴。河西兵马使李光弼入内对忠嗣说:“大夫爱惜士兵,有拒绝延光的心思,虽然名义上接受诏书,但实际上是扰乱他的计谋,然而大夫已经派出一万人,又不立重赏,用什么去买士兵的勇气? 况且大夫财物布帛充满仓库,哪里吝惜几万匹的赏赐来杜绝谗言的嘴巴呢! 如果这仗不胜,就要归罪于大夫了。”忠嗣说:“李将军,我的计策早已决定了,平生所望,哪里是要求显贵呢? 今天争夺一城,得到不能制服敌人,得不到也不会危害国家,忠嗣难道用几万人的生命去换一个官位吗?假如明主责备我,不会失去一金吾、羽林将军,回朝去守卫皇宫!再不然的话,不会失去做个黔中的小官,这是我心甘情愿的。虽然这样,公是真正爱我。”光弼谢罪说:“大夫能做古人的高尚事情,不是光弼所能做到的。”于是就走了出去。等到延光超过限期没有攻下石堡城,就上告忠嗣延缓军队的行动,所以师出无功。李林甫又叫济阳别驾魏林诬告忠嗣,玄宗大怒,在哥舒翰的恳求下,才怒气渐渐减小,贬为汉阳(今湖北武汉)太守。后来哥舒翰大举进攻石堡城,攻克但死者大半,正如忠嗣所说的,所以当世人称他为名将。