兵从晋阳出发，作为后应。齐周两军在邙山相遇，斛律光首战告捷，与高长恭带五百骑兵突破周军包围进入洛阳城，与城内守军会合。周将尉迟迥退守邙山，会合宇文宽、王雄等兵拒战。猛将王雄驰马挺槊冲入斛律光营中，斛律光见其来势凶猛，出阵疾走，只剩一箭，随行也仅有一卒。王雄紧追，相距数丈，大喊:“当擒你献给天子！”语音未落，只见斛律光取弓搭箭，反身一射，正中王雄前额。王雄伏抱马鞍奔回营中，当晚因伤势过重死去。斛律光乘势击杀，大败周军，“斩捕首虏三千余级，迥、宽仅而获免，尽收其甲兵辎重”。齐主高湛赶到洛阳策勋班赏，晋升斛律光为太尉，又封冠军县公。

    天统三年（567）十二月，北周又围攻洛阳，阻断齐军粮道。第二年正月，斛律光奉高湛命率步骑三万讨之。军至定陇，与在鹿卢交屯兵的周将张掖公、宇文桀、中州刺史梁士彦、开府司水大夫梁景兴等相遇。斛律光“擐甲执锐，身先士卒”，大败宇文桀军，斩首两千余级。齐军长驱直下，直到宜阳，与在这里防守的北周齐国公宇文宪、申国公拓跋显敬相持百日。为了打通宜阳道路，斛律光营筑了统关、丰化二城。在齐军返回时，宇文宪等率军五万追击。斛律光策纵骑兵反攻，大败周军，俘虏其开府宇文英、都督越勤世良、韩延等。宇文宪又令宇文桀、大将军中部公梁洛都、梁士彦、梁景兴率步骑三万，于鹿卢交断路拦击。斛律光与韩贵孙、呼延族、王显等合击，大破之。斩杀梁景兴，俘获战马千匹，因军功被加封为右丞相、并州刺史。这年冬天，斛律光率步骑五万在玉壁营筑了华谷、龙门二城，与宇文宪、拓跋显敬相持，宇文宪再也不敢妄动。斛律光又进围定阳，营筑南汾城，胡、汉民众万余户前来归附。