皇祐年间，广源州蛮侬智高反叛，攻陷邕州，又攻破了沿江的九个州，包围广州城，岭外一带骚动不安。杨畋等安抚使负责处理平定蛮人叛乱，但宋军长久没有成绩。又命孙沔、余靖做安抚使率官军讨伐叛贼，但宋仁宗仍放心不下。狄青打报告请战，第二天入见宋仁宗时，他说：“臣当兵出身，除了战场杀敌，没有什么可以报效国家。希望能带得数百个蕃落骑兵，再加上一些禁兵，去将叛贼的头砍下送回京城。”宋仁宗佩服他的豪言壮语，于是任命他为宣徽南院使、宣抚荆湖南北路，负责处理广南叛乱之事，并在垂拱殿设酒为他送行。当时侬智高回师重新占据邕州，狄青联合孙沔、余靖的部队进驻宾州。
在此之前，蒋偕、张忠都因轻敌而战败阵亡，官军声威大衰。狄青命令各将不得妄自与叛军接战，而听从他的统一指挥。广西钤辖陈曙趁狄青还未到，便擅自率步兵八千攻打叛军，溃败于昆仑关，殿直袁用等人都逃遁了。狄青说：“号令不一，是部队失败的原因。”早晨集合各将领到堂上，逮捕了陈曙，并召来袁用等三十人，依战败逃跑罪，推出军门斩首。孙沔、余靖相视惊愕，而众将领则吓得两腿颤栗。
后来军队停止前进，休整十天。侦察的人回报，以为宋军不会很快进击。但狄青第二天便集合军队人马，一昼夜就过了昆仑关，从归仁铺出来布阵。叛军失去了险要阵地后，都出来迎战。前锋孙节与叛贼在山下搏斗而死，叛军士气极高，孙沔等人吓得脸色都变了。狄青手举白旗指挥骑兵，从左右两翼冲出，出于叛军意料之外。大败叛军，追击了五十里，斩了数千首级，侬智高同党黄师宓、侬建中、侬智中以及伪官僚吏属被杀死者有五十七人，生擒叛贼五百多人，侬智高在夜间纵火烧城后逃走。黎明时，狄青严管着部队开进了邕州城，缴获金银玉帛数以万计，杂畜数千，又招集曾被叛军俘虏胁迫的老壮年人七千二百人，慰抚之后释放、遣散。将黄师宓等人的头挂在邕州城下示众，又敛集叛军尸体在城北角建筑京观。当时叛军尸体中有个穿金色龙袍的，部下众人说是侬智高已死，要向朝廷报告。狄青说：“怎知这不是一个骗局呢？我宁可说侬智高失踪，也不敢欺骗朝廷来贪求战功。”当初，狄青到邕州时，正遇上这里毒瘴弥漫，有人说是叛军在江水上游放毒，将士饮水而死者很多，狄青非常忧虑。一夕，有一股泉水从寨下涌出，取来一喝，味道甘美，部队靠此才渡过了难关。
后复任枢密副使，升护国军节度使、河中尹。回到京师后，宋仁宗嘉奖他的功绩，任命他为枢密使，并赏赐给他一套在京师敦教坊的宅第，还特优先给他的儿子们加官进级。起初，狄青已率部南下后，宋仁宗常为他担忧说：“狄青有威武的名声，叛军应会害怕他的到来。担任左右传令的人，非狄青的亲信者不可，虽然是饮食起居的时候，都应该防备突然袭击的发动。”于是派使者飞驰前线训戒。等获悉狄青已打败叛军，宋仁宗对宰相说：“快快议定恩赏，慢了便起不到奖勉的作用了。”
起初，交趾人请求出兵帮助朝廷讨伐侬智高，余靖说他们可信，便在邕州、钦州准备了万人的粮草等待他们。宋仁宗还下诏用三万缗钱赏赐给交趾国做军费，并许诺平定叛乱后再有厚赏。狄青到此后，传令余靖不要派使者到交趾借兵，并立即上奏说：“交趾国李德政声称将率步兵五万、骑兵一千赶来支援，不是真的。而且借蛮夷来消灭内寇，对我无利。凭一个侬智高就能横行、蹂躏两广，使朝廷无力讨伐，如果再向蛮夷借兵，那蛮夷贪得无厌，不仁不义，进而发动战乱，又怎么抵御他们呢？请取消要交趾出兵援助。”意见被采纳。叛军被平定后，人们都佩服他有远略。
