灭亡后梁
后唐建立的同时，仍面临着严峻的形势。契丹不断侵扰幽州，兵锋直逼河北。潞州守将李继韬叛附后梁，梁将董璋急攻泽州(治今山西晋城)，意图吞并昭义镇，直接威胁后唐重镇太原的安全。李存勖为了扭转战局，决定趁梁军东面防守空虚之机，出兵奇袭郓州，以切断梁军右翼，再伺机进图汴州。同光元年(923年)闰四月，李存勖命李嗣源率五千步骑，连夜冒雨渡河，一举袭破郓州。朱友贞听闻郓州失守，命王彦章率军阻止唐军西进。李存勖命朱守殷严守德胜，自率亲军进屯澶州。
王彦章决定先收复德胜、杨刘，隔断河北唐军与郓州的联系，而后再图收复郓州。五月，王彦章出兵杨村渡，攻克德胜南城。李存勖命朱守殷放弃德胜北城，装载军需器械浮河东下，协助李周固守杨刘城。当时，梁军也自德胜城顺河而下。两军各自沿河一岸疾进，边行边战，互有胜负。不久，王彦章抵达杨刘城下，挥军强攻，昼夜不息，并以巨舰九艘横亘河津，阻拦唐军增援。他屡攻不克，只得退屯城南，筑垒连营，以阻击唐军渡河。
六月，李存勖亲临杨刘。他采取谋臣郭崇韬的建议，一面派军挑战，牵制梁军兵力，一面命郭崇韬领兵奔赴博州(治今山东聊城东北)，在黄河东岸修筑新城，以接应郓州唐军。王彦章率军急攻博州新城，还用十余艘巨舰置于黄河中流配合作战。郭崇韬据城坚守，李存勖亦率军自杨刘增援。王彦章只得撤军，退保邹家口。李存勖与郓州李嗣源重新恢复了联系。七月，王彦章复攻杨刘，再次被唐军击败，遂撤师西归，退保杨村，不久便被召回汴州。段凝接任主帅。
八月，朱友贞部署四路反击：命段凝攻澶州、董璋攻太原、霍彦威攻镇州、王彦章攻郓州，打算在十月向后唐发动总攻，但因兵力分散，造成汴州防守空虚。他还命梁军掘开滑州(治今河南滑县)南面的黄河大堤，以阻止唐军进攻汴州，但同时也将梁军主力阻隔在决河以北。九月，梁将康延孝投降后唐，将后梁军情尽数告知李存勖，建议唐军趁虚袭取汴州。而李嗣源则在郓州附近大败王彦章，俘获梁军将校三百余人，迫使梁军退保中都(治今山东汶上)。
十月，李存勖自杨刘渡河，进抵郓州，并以李嗣源为前锋，攻破中都，俘杀王彦章。当时，唐军诸将都认为应先攻占兖州等地，再乘机而动。而李嗣源则坚持趁虚袭汴的战略。李存勖命李嗣源率前军倍道兼程，向汴州进发，攻破曹州(治今山东定陶西南)。是月初九日，李嗣源抵达汴州，挥军攻城。朱友贞自杀，梁将王瓒开城投降。李存勖于同日抵达，由大梁门进入汴州，后梁正式灭亡。不久，李存勖定都于洛阳。
死于兵变
邺都兵变兴教门之变
同光四年(926年)二月，魏博戍卒在贝州哗变，杀死指挥使杨仁晸，推裨将赵在礼为首领，攻入魏州。邢州、沧州也相继发生兵变，河北大乱。元行钦带兵进讨，但却连连失利。李存勖本欲亲征，被宰臣劝阻，只得重新起用李嗣源。李嗣源率侍卫亲军北上，却在魏州城下遇到亲军哗变，被劫持入城，与叛军合势。他本无反意，但迫于内外形势，又无以自明，只得率变兵南下。
三月，李存勖亲自率军东征，欲坐镇汴州指挥平叛。当时，李嗣源已抢先占据汴州，得到大批唐军将领的拥戴。李存勖知道局势已不可挽回，行至万胜镇(在今河南中牟西北)便下令回师，仓皇返回洛阳。他再三抚慰士卒，并许以厚赏。但士卒却认为赏赐已为时太晚，均不感皇帝恩德，沿途逃散过半。
四月，李存勖决定前往汜水关(在今河南荥阳西北)，会合长子李继岌统率的征蜀大军，再联兵进剿李嗣源。从马直指挥使郭从谦突然发动叛乱，率所部攻入兴教门。李存勖亲率宿卫出战，杀死数百乱军，最终被流矢射中，死于绛霄殿，时年四十三岁。不久，李嗣源进入洛阳称帝，史称唐明宗。
七月，李嗣源将李存勖葬入雍陵，上庙号庄宗，追谥为光圣神闵孝皇帝。
朱温：“子当如李亚子，克用为不亡矣!至如吾儿，豚犬耳!”“我经营天下三十年，不意太原余孽更昌炽如此!我观其志不小，天复夺我年，我死，诸儿非彼敌，吾无葬地也!”
王彦章：“亚次斗鸡小儿耳，何足惧哉!”
欧阳修：“方其盛也，举天下之豪杰，莫能与之争;及其衰也，数十伶人困之，而身死国灭，为天下笑。”
洪迈：“曹操在兖州，引兵东击陶谦于徐，而陈宫潜迎吕布为兖牧，郡县皆叛，赖程昱、荀彧之力，全东阿、鄄、范三城以待操。操还，执昱手曰：微子之力，吾无所归矣。表为东平相。唐庄宗与梁人相持于河上，梁将王檀乘虚袭晋阳。城中无备，几陷者数四，赖安金全帅子弟击却之于内，石君立引昭义兵破之于外，晋阳获全。而庄宗以策非己出，金全等赏皆不行。操终有天下，庄宗虽能灭梁，旋踵覆亡，考其行事，概可睹矣。”
严遂成：“英雄立马起沙陀，奈此朱梁跋扈何。只手难抉唐社稷，
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