赵孝成王十五年（公元前251年），燕王喜派丞相栗腹同赵国交好，栗腹回国后向燕王提议：“赵国的壮丁都死在了长平，遗孤还没长大，可乘机进攻。”燕王于是出动了两支军队，两千辆战车，命栗腹率军进攻鄗城，卿秦率军进攻代地。
赵王派廉颇领兵反击，在鄗城大败燕军，杀死栗腹，俘虏了卿秦、乐闲，之后又包围了燕国都城。燕国割让五座城请求讲和，赵王才答应停战。经此一战，赵王把尉文封给廉颇，封为信平君，并任假相。
此战赵军在名将廉颇的指挥下，利用燕军轻敌、疲劳，赵军则同仇敌忾，对来犯之敌予以痛击，是中国历史上以少胜多的著名战例。
暮年凄楚
赵孝成王二十一年（公元前245年），廉颇带兵攻取魏地繁阳（今河南省内黄县西北）。
同年，赵孝成王去世，其子赵悼襄王继位。赵悼襄王一继位就解除了廉颇的军职，派乐乘代替在外领兵的廉颇。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。
于是，赵王派遣使者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，暗中贿赂使者，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。
楚国听说廉颇在魏国，就暗中派人迎接他入楚。廉颇担任楚将后，没有建立什么功劳。他说：“我思用赵人。”但赵国终究未能重新启用他，致使廉颇抑郁不乐，最终死在楚国的寿春（今安徽省寿县）。
廉颇死后不久，赵国便被秦国灭亡（参见秦灭赵之战）。
历史评价
赵胜：“廉颇为人勇騺而爱士；知难而忍耻，与之野战则不如，持守足以当之。”
刘恒：“嗟乎！吾独不得廉颇、李牧，时为吾将，吾岂忧匈奴哉。”
冯唐：“天下之将，独有廉颇李牧耳。”
贾谊：“吴起、孙膑、带佗、倪良、王廖、
田忌、廉颇、赵奢之伦制其兵。”
司马迁：“廉颇者，赵之良将也。以勇气闻於诸侯。”
谷永：“赵有廉颇、马服，强秦不敢窥兵井陉。”
《世说新语》：“廉颇、蔺相如虽千载上死人，懔懔恒如有生气。”
司马贞：“清梠凛凛，壮气熊熊。各竭诚义，递为雌雄。和璧聘返，渑池好通。负荆知惧，屈节推工。安边定策，颇、牧之功。”