，共尊刘守光为 尚父，以滋长其野心。刘守光却以为六镇此举是畏惧幽州，更是骄狂。他得知尚父无权祭天、改元，不顾幕府诸将反对，于八月在幽州称帝，改元 应天，国号大燕，史称 桀燕。是年十二月，李存勖命周德威兵出 飞狐口(在今河北 蔚县)，联合成德镇、义武镇一同征讨刘守光。
天九年(912年)，周德威夺取 涿州，进围幽州。刘守光忙向后梁求救。朱温亲率大军北上，命 杨师厚围攻枣强，又命 贺德伦攻打县(治今河北 景县)。但梁军虽攻破枣强，却在县被晋将 符存审、 史建瑭击败。朱温羞愤发病，返回洛阳，不久便被其子 朱友弑杀。
天十年(913年)， 朱友贞发动政变，诛杀朱友，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、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 刘展开对峙。
天十三年(916年)，李存勖声言回师太原，以引诱刘出战。刘果然中计，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)、 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，并追击至 奉先(治今陕西 蒲城)一带。 河中镇从此归附于晋国。
天十八年(921年)，成德军将 张文礼煽动兵变，杀死节度使王。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、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，又追赠父祖三代为皇帝，与 唐高祖、 唐太宗、 唐懿宗、 唐昭宗并列为 七庙，以表示自己是唐朝的合法继承人，史家称之为后唐。当时，后唐辖有魏博、成德、义武、横海、幽州、大同、振武、雁门、河东、河中、晋绛、安国、昭义等十三个节镇、五十个州。
灭亡后梁