同年冬，北周武帝宇文邕派遣柱国、大司马尉迟迥、齐国公宇文宪、柱国庸国公可叱雄等，率兵十万攻打洛阳。斛律光率五万余骑急行军赶赴洛阳，两军在邙山（河南洛阳西）大战，尉迟迥等人大败。斛律光射杀了周将可叱雄，获首级三千多级，尉迟迥、宇文宪幸免一死，还缴获了所有的甲兵辎重，并将死尸堆成京观。
武成帝高湛亲临洛阳，策勋颁赏，迁任斛律光为太尉，又封冠军县公。早几年高湛命纳斛律光第二女为太子妃，天统元年（565年），拜为皇后。同年，斛律光转为大将军。天统三年（567年）六月，因父去世，斛律光辞官归家。同月，诏令斛律光及弟斛律羡官复原职，仍为前任。秋，除太保，袭爵咸阳王，并袭第一领民酋长，另封武德郡公，移食赵州干，迁太傅。
天统三年（567年）十二月，北周又围攻洛阳，阻断齐军粮道。武平元年（570年）正月，斛律光奉北齐后主高纬命率步骑三万讨伐，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，斛律光披甲执锐，身先士卒，锋刃才交，大败宇文桀军，斩首两千多级。
齐军长驱直下，直抵宜阳，与在这里防守的北周齐国公宇文宪、申国公拓跋显敬对峙百日。为了沟通宜阳道路，斛律光营筑了统关、丰化二城。齐军返回时，驻扎安邺，宇文宪等率军五万追击。斛律光指挥骑兵回头猛击，宇文宪军大败，俘虏其开府宇文英、都督越勤世良、韩延等人，又斩首三百多级。
宇文宪又令宇文桀、大将军中部公梁洛都与梁景兴、梁士彦等三万步骑在鹿卢交断路拦击。斛律光与韩贵孙、呼延族、王显等人合兵猛击，大获全胜，斩杀梁景兴，获马千匹。因军功被加封为右丞相、并州刺史。
同年冬，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，宇文宪不敢轻举妄动。斛律光趁机围攻定阳，又筑南汾城，置州设郡用来逼迫北周，胡、汉民众万余户前来归附。
武平二年（571年），斛律光率众筑平陇、卫壁、统戎等镇、戍十三所。北周柱国木包罕公普屯威、柱国韦孝宽率步骑万余进攻平陇，与斛律光战于汾水之北，斛律光大败周军，俘杀千余人。又封斛律光为中山郡公，增邑一千户。
军还，武成帝诏令斛律光率五万步骑沿平阳道进攻姚襄、白亭等城戍，都攻下了，俘虏城主、仪同、大都督等九人及数千士卒。又别封长乐郡公。是月，北周派其柱国纥干广略围攻宜阳，斛律光率五万步骑赶往援救，两军在城下大战，战败周军，夺取了北周建安等四戍，俘获周军千余人，凯旋而归。
军还没有抵达邺城，敕令放散兵众，令归其家。斛律光认为兵士多立有军功，没有得到慰劳奖赏，如果放散，不施恩泽，就不能赢得民心，于是秘密上表请求派人宣旨。
