天祐十年(913年)，朱友贞发动政变，诛杀朱友珪，夺取帝位，史称梁末帝。而晋军则连夺幽州镇统辖的顺州(治今北京顺义)、檀州(治今北京密云)、武州(治今河北宣化)、平州(治今河北卢龙)、营州(治今辽宁朝阳)等地。是年十一月，李存勖亲征燕国，攻破幽州，俘获刘仁恭(一直被刘守光囚禁)、刘守光父子。他留周德威镇守幽州。
天祐十一年(914年)，李存勖返回太原，处死刘仁恭父子，以祭奠李克用。当时，李存勖南破后梁，北定桀燕，威震天下。王镕、王处直相继遣使入晋，共推李存勖为尚书令。李存勖依礼三辞，而后接受尚书令之职。他在太原开设霸府，建立行台，以唐朝皇帝的名义承制任命官吏。
兼并魏博镇
天祐十二年(915年)，魏博节度使杨师厚病逝。梁帝朱友贞趁机将魏博镇分为两镇，以削弱藩镇势力，结果引发魏博兵变。变兵囚禁新任节度使贺德伦，向李存勖请降。李存勖乘势进占魏州(治今河北大名东北)，并杀死变兵首领张彦等人，以威慑兵变士卒，稳定乱局。他亲自兼领魏博节度使，随后又攻取德州、澶州(治今河南清丰西)。是年七月，李存勖进兵莘县，与梁将刘鄩展开对峙。
天祐十三年(916年)，李存勖声言回师太原，以引诱刘鄩出战。刘鄩果然中计，欲趁机夺回魏州，结果遭到李存勖、李嗣源、符存审的三面夹击，在元城一战中全军溃败，逃奔滑州(治今河南滑县)。此后，李存勖又遣军接连攻取卫州(治今河南卫辉)、洺州(治今永年东南)、相州(治今河南安阳)、邢州(治今河北邢台)、沧州、贝州(治今河北清河西)等地。黄河以北除黎阳(治今河南浚县东)一地外，全部被晋国占领。梁晋形势从此发生逆转。
夹河对峙
天祐十四年(917年)，契丹南犯河北，围困幽州。周德威坚守二百余日，最终在李嗣源所率晋军援助下击退契丹军，取得幽州保卫战的胜利。而后，梁晋夹河对峙，进行了一些列争夺黄河沿岸各处要点的战斗。是年十二月，李存勖率军东进，连破梁军数座营寨，攻陷魏州通向郓州(治今山东东平)的重要渡口杨刘城(在今山东东阿北)，俘获守将安彦之，并攻掠至郓州、濮州(治今山东鄄城北)一带。当时，朱友贞正在洛阳进行祭天大典，闻听杨刘失守，仓皇赶回汴州(治今河南开封)。
天祐十五年(918年)，李存勖调发河东、魏博、幽州、横海、义武等镇军队，齐集魏州，准备直捣汴州，一举灭亡后梁。是年十二月，李存勖由濮州境内的麻家渡渡过黄河，进驻胡柳陂(在今山东鄄城西北)，与梁军展开血战。当时战况激烈，晋军小败，周德威战死。李存勖被迫夺取土山以自保。他采用阎宝、李建及的建议，趁山下梁军立足未稳以骑兵突击，终于反败为胜，击溃梁军，并乘胜夺取濮阳。
天祐十六年(919年)，符存审进据德胜城(治今河南清丰西南)，修筑南北两城。梁将贺瑰围攻德胜南城，并以竹索连结战船横列河面，阻止晋军渡河增援，将李存勖阻在黄河北岸。但李建及率三百勇士，乘船驶至河中，用战斧砍断竹索，又用木瓮装盛柴草，浇油点燃，从上游放流，火烧梁军战船。李存勖乘势挥军渡河，大败梁军。后来，梁将王瓒从黎阳渡河，屯据杨村渡，修造浮桥，储存大量军需物资。而李存勖也征发数万民丁，扩建德胜北城。当时，梁晋两军每日大小百余战，互有胜负。
称帝灭梁
建立后唐
天祐十七年(920年)，河中节度使朱友谦攻取同州(治今陕西大荔)，叛梁降晋，结果遭到刘鄩的围攻，遣使向李存勖求援。李存勖命符存审、李嗣昭、李建及出军援救，在同州、渭河两次大败刘鄩，并追击至奉先(治今陕西蒲城)一带。河中镇从此归附于晋国。
天祐十八年(921年)，成德军将张文礼煽动兵变，杀死节度使王镕。李存勖迫于形势，授他为成德兵马留后。不久，河中、昭义、横海、义武、成德等十一镇节度使，一同遣使劝进，请李存勖称帝建国，但被李存勖拒绝。是年八月，李存勖命阎宝征讨成德镇，围困镇州(治今河北正定)。张文礼惊惧病死，其子张处瑾接掌军事，继续负城顽抗。就在这时，义武节度使王处直勾结耶律阿保机，引契丹军南下，意图背叛李存勖，结果被义子王都囚禁。王都继任节度使，但不久便被契丹军围困在定州。
天祐十九年(922年)，李存勖亲率五千铁骑北上，先后在新城(治今河北高碑店)、望都大败契丹军，解除定州之围，并乘胜追击至幽州。但与此同时，晋军在镇州却连连失利，损兵折将。阎宝攻城受挫，羞愤病逝。继任主帅李嗣昭、李存进相继战死。而梁军则趁虚反扑，攻克卫州、新乡等地，重新夺回河北重镇相州。是年九月，镇州终因久被围困，粮尽力穷，被符存审攻破。张处瑾及党羽张处球、高濛、李翥等皆俘送魏州处死，张文礼也被劈棺戮尸。李存勖又兼领成德节度使。
天祐二十年(923年)四月，李存勖接受诸镇劝进，在魏州称帝，改天佑二十年为同光元年。他沿用“唐”为国号，又追赠
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