Kết quả trận Đồng Quan, gần như toàn bộ 20 vạn quân Đường bị tiêu diệt, số quân thoát về bờ bắc chỉ còn hơn 8.000 người[2]. Quân Yên thắng lớn, ngày 8 tháng 6 năm 756 tiến vào chiếm Đồng Quan.

Kha Thư Hàn bị bắt đến chỗ An Lộc Sơn đã quy hàng. Quân Yên thừa thắng ở Đồng Quan, ồ ạt tiến vào kinh thành Trường An. Đường Huyền Tông mang theo vợ yêu Dương Quý Phi, thừa tướng Dương Quốc Trung và văn võ bá quan hốt hoảng bỏ chạy về phía tây vào đất Thục[10].

Thất bại Đồng Quan đẩy quân Đường vào tình trạng hỗn loạn. Khi xa giá Đường Huyền Tông đi đến gò Mã Ngôi, các tướng sĩ oán hận anh em Dương Quốc Trung và Dương Quý phi nên nổi loạn giết Quốc Trung và ép Huyền Tông xử tử Quý phi, nếu không sẽ không hộ giá nữa. Huyền Tông đành mang Dương Quý phi thắt cổ ở Mã Ngôi[11].

Thái tử Lý Hanh trên đường chạy theo vua cha Huyền Tông, bị nhân dân giữ lại nên đoàn của thái tử phải chuyển hướng chạy sang núi Linh Vũ[12]. Được sự ủng hộ của các đại thần đi theo, tháng 7 năm 756, Thái tử Lý Hanh bèn tự lên ngôi ở Linh Vũ, tức là Hoàng đế Đường Túc Tông, vọng tôn Huyền Tông làm Thái thượng hoàng. Đường Túc Tông triệu tập các tướng sĩ về hộ giá để chống quân Yên. Từ đó quân Đường bắt đầu được tổ chức lại dưới quyền Đường Túc Tông.

Thất bại Đồng Quan khiến Nhà Đường bỏ mất cơ hội sớm dẹp được loạn An Sử khi diễn biến ở mặt trận Hà Bắc đang thuận lợi. Kha Thư Hàn ngoài mặt trận vẫn tiếp tục tranh chấp với Dương Quốc Trung trong triều, còn Hoàng đế Đường Huyền Tông nóng lòng thắng trận đã ra quyết định sai lầm. Điều đó tạo điều kiện cho Đại Yên đang từ chỗ nguy kịch lại có cơ hội phát triển tới cực thịnh: bao gồm cả Hà Bắc, một phần Hà Nam và vùng Quan Trung[8].