李茂贞得刘知俊，再次奋翼，署刘知俊为泾州节度使。复命刘知俊率众攻兴元，进围西县，刘知俊等领大军分路来攻，由阶、成路夺固镇的粮食，蜀将王宗侃、唐袭等率兵御之，至青泥岭，为刘知俊所败，王宗退保西县。会大雨，汉江涨，宗侃自罗村得乡导，缘山而行数百里，与其弟宗播遇于铁谷，合军出汤头。时刘知俊自斜谷山南直抵兴州，围西县，军人散掠巴中，宗侃岁与宗播袭之。王建听闻刘知俊侵犯自己的领地，舆驾亲征，刘知俊乃撤兵。遂解西县之围。
天祐七年秋七月，凤翔李茂贞、邠州杨崇本皆遣师来会兵，同讨灵、夏。且言刘知俊三败汴军于宁州，灵、夏危蹙，岐、陇之师大举，决取河西。李存勖令周德威将兵万人，西渡河以应之。刘知俊崛起，为茂贞左右所不容，李茂贞左右石简颙等对李茂贞说：“刘知俊英武，绝对不会曲居人下，等其坐大，一定会取代主公夺取凤翔。”李茂贞听到石简颙这么一说，心中大不快，乃免刘知俊军政，寓于岐下，令其帮助守关。周德威见李茂贞将帅不合，知其不能为，乃自退。
罗绍威死后，朱温全有魏博之地，因欲兼并镇、定，遣供奉官杜廷隐、丁延徽督魏军三千人入于深、冀，镇人惧，故来告难。李存勖集军吏议之，军吏咸欲按甲治兵，徐观胜负，李存勖坚欲救之，乃遣周德威率军屯于赵州。
朱温闻李存勖军屯赵州，命宁****节度使王景仁为北面行营招讨使，韩勍为副，相州刺史李思安为前锋，会魏州之兵以讨王镕；又令阎宝、王彦章率二千骑，会景仁于邢、洺。丁丑，景仁营于柏乡，李存勖遂亲征，自赞皇县东下。辛巳，至赵州，与周德威兵合。李存勖令史建瑭以轻骑尝寇，获刍牧者二百人，问其梁兵数，刍牧者说：“精兵七万”。是日，李存勖观兵于石桥南。诘旦，进军，距柏乡一舍，周德威、史建瑭率蕃落劲骑以挑战，四面驰射，梁军闭壁不出，乃退。翼日，进军，距柏乡五里，遣骑军逼其营。梁将韩勍、李思安率步骑三万，铠甲炫曜，其势甚盛，分道以薄晋军。周德威且战且退，距河而止。既而德威侦知梁人造浮桥，乃退保高邑。李存勖致师于柏乡，听闻柏乡山上有个光武庙，李存勖于是拿起烈酒和酒杯率数骑来到庙前，李存勖来到庙里放下酒杯，斟满烈酒，祷说：“帝乃世之英雄，西汉末年，王莽谋朝篡位，刘家江山危在危在旦夕，帝虽出生于汉没落贵族，但是昆阳一战，以弱败强，奠定了扭转乾坤的基础！今朱温残暴，与王莽相同，吾与暴梁战于柏乡，帝如有灵，希望能保佑吾胜”。说完洒酒。
梁在柏乡无刍粟之备，李存勖令骑兵频频偷袭梁军的粮草供应，梁军以樵采为给，为晋之游军所获，由是坚壁不出，剉屋茅坐席以秣其马，众心益恐。
天祐八年正月丁亥，周德威、史建瑭帅三千骑致师于柏乡，设伏于村坞间，遣三百骑直压其营。梁将怒，悉其军结阵而来，德威与之转战至高邑南，梁军列阵，横亘六七里。汴将韩勍率精兵三万，铠甲皆被缯绮，金银炫曜，望之森然，晋军惧形于色。周德威对李存璋说：“贼结阵而来，观其形势，志不在战，欲以兵甲耀威耳。我军人乍见其来，谓其锋不可当，此时不挫其锐，吾军不振矣！”乃遣存璋谕诸军说：“尔见此贼军否？是汴州天武健兒，皆屠沽佣贩，虚有表耳，纵被精甲，十不当一，擒获足以为资。”周德威自率精骑击其两偏，左驰右决，出没数四。是日，获贼百余人，韩勍率军渡河而退。时李存勖军未成列，李存璋引诸军阵于野河之上，梁以五百人争桥，镇、定之师与血战，梁军败而复整者数四。李存勖与张承业登高观望，梁人戈矛如束，申令之后，嚣声若雷，王师进退有序，步骑严整，寂然无声。梁有龙骧、神威、拱宸等军，皆武勇之士也，每一人铠仗，费数十万，装以组绣，饰以金银，人望而畏之。李存勖临阵誓众，率亲兵杀下，人百其勇，短兵既接，无不奋力。自巳及午，晋骑军接战，梁兵回营。王景仁悉其众结阵而来，德威转战而退，汴军因而乘之，至于鄗邑南。时步军未成列，德威阵骑河上以抗之。亭午，两军皆阵，庄宗问战时，德威说：“汴军气盛，可以劳逸制之，造次较力，殆难与敌。古者师行不逾一舍，盖虑粮饷不给，士有饥色。今贼远来决战，纵挟糗粮，亦不遑食。晡晚之后，饥饿口渴内侵，战阵外迫，士心既倦，将必求退。乘其劳弊，以生兵制之，纵不大败，偏师必丧。以臣所筹，利在晡晚。”诸将皆然之。时汴军以魏、博之人为右广，宋、汴之人为左广，自未至申，阵势稍却，周德威麾军呼说；“汴军走矣！”尘埃涨天，魏人收军渐退。李存勖和李嗣源率亲军与史建瑭、安金全兼北部吐浑诸军冲阵夹攻，梁军大败，弃铠投仗之声，震动天地，梁龙骧、神威、神捷诸军，被杀戮殆尽。自阵至柏乡数十里，僵尸枕籍，败旗折戟，所在蔽地。夜漏一鼓，李存勖军入柏乡，梁军辎重、帐幄、资财、奴仆，皆为晋军所有。梁将王景仁、韩敬、李思安等以数十骑夜遁。是役也，李存勖斩首二万级，获马三千匹，铠甲兵仗七万，辎车锅幕不可胜计。擒梁将陈思权以下二百八十五人。李存勖号令收军于赵州。既而梁人弃深、冀二州而遁。
杜廷隐之袭深、冀也，声言分兵就食。时王镕将石公立戍深州，欲杜关不纳，镕遽令启关，命公立移车于外，杜廷隐遂据其城。石公立既出，指城闉而言说：“开门纳盗，后悔何追，此城数万生灵，生为俘馘矣！”因投刃泣下。数日，杜廷隐闭城杀镇兵数千人，遂登陴拒守，王镕方命公立攻之，即有备矣。及柏乡之败，两州之人悉为梁奴掳，杜廷隐把老弱者皆坑之。
己亥，李存勖遣史建瑭、周德威徇地于邢、魏，先驰檄以谕邢、洺、魏、博、卫、滑诸郡县说：“王室遇屯，七庙被陵夷之酷；昊天不吊，万民罹涂炭之灾。必有英主奋庸，忠臣仗顺，斩长鲸而清四海，靖袄祲以泰三灵。予位忝维城，任当分阃，念兹颠覆，讵可宴安。故仗桓、文辅合之规，问羿、浞凶狂之罪。逆温砀山庸隶，巢孽余凶，当僖宗奔播之初，我太祖扫平之际，束身泥首，请命牙门，苞藏奸诈之心，惟示妇人之态。我太祖俯怜穷鸟，曲为开怀，特发表章，请帅梁汴，才出萑蒲之泽，便居茅社之尊，殊不感恩，遽行猜忍。我国家祚隆周、汉，迹盛伊、唐，二十圣之基，三百年之文物。外则五侯九伯，内则百辟千官，或代袭簪缨，或门传忠孝，皆遭陷害，永抱沉冤。且镇、定两籓，国家巨镇，冀安民而保族，咸屈节以称籓。逆温唯伏阴谋，专行不义，欲全吞噬，先据属州。赵州特发使车，来求援助。予情惟荡寇，义切亲仁，躬率赋舆，赴兹盟约。贼将王景仁将兵十万，屯据柏乡，遂驱三镇之师，授以七擒之略。鹳鹅才列，枭獍大奔，易如走坂之丸，势若燎原之火。僵尸仆地，流血成川。组甲雕戈，皆投草莽，谋夫猛将，尽作俘囚。群凶既快于天诛，大憝须垂于鬼录。今则选搜兵甲，简练车徒，乘胜长驱，翦除元恶。凡尔魏、博、邢、洺之众，感恩怀义之人，乃祖乃孙，为圣唐赤子，岂徇虎狼之党，遂忘覆载之恩。盖以封豕长蛇，凭陵荐食，无方逃难，遂被胁从。空尝胆以衔冤，竟无门而雪愤，既闻告捷，想所慰怀。今义旅徂征，止于招抚。昔耿纯焚庐而向顺，萧何举族以从军，皆审料兴亡，能图富贵，殊勋茂业，翼子贻孙，转祸见机，决在今日。若能诣辕门而效顺，开城堡以迎降，长官则改补官资，百姓则优加赏赐，所经诖误，更不推穷。三镇诸军，已申严令，不得焚烧庐舍，剽掠马牛，但仰所在生灵，各安耕织。予恭行天罚，罪止元凶，已外归明，一切不问，凡尔士众，咸谅予怀。”
李存勖御亲军南征。庚子，至洺州，朱温令其将徐仁浦将兵五百，夜入邢州。张承业、李存璋以三镇步兵攻邢州，遣周德威、史建瑭将三千骑，长驱至澶魏，李存勖与李嗣源率亲军继进。
二月戊午，师次洹水，周德威进至临河。己未，魏帅罗周翰出兵五千，塞石灰窑口，周德威以骑掩击，迫入观音门。是日，王师迫魏州，李存勖舍于狄公祠西。罗周翰闭壁自固，李存勖军攻之，其城几陷。李存勖见攻城不破，乃置酒和众幕僚痛饮，酒过三巡，李存勖叹说：“予为年少之时，从先王渡河，与一女子有一段邂逅之情，今其忘矣。方春桃花水满，思一观之，谁从予者？”监军使张承业说：“吾愿现从。”李存勖和张承业来到河边，李存勖词兴大发做了一首忆仙姿（又名如梦令）：“曾宴桃源深洞，一曲舞鸾歌凤。长忆别伊时，和泪出梦相送。如梦，如梦，残月落花烟重”。张承业大叫：“好，好一个残月落花烟重！真是好词！”
癸亥，李存勖观河于黎阳。是时，朱温发兵万余将渡河，闻王师至，弃舟而退。黎阳都将张从楚、曹儒以部下兵三千人来降，李存勖立其军为左右匡霸使。乙丑，周德威自临清徇地贝郡，攻博州，下东武、朝城。时澶州刺史张可臻弃城而遁，遂攻黎阳，下临河、淇门。庚午，在洛，朱温闻晋师将攻河阳，率亲军屯白马坡。李存勖乃下令班师。李存勖至赵州，王镕迎谒。翼日，大飨诸军。李存勖发赵州，归晋阳，留周德威戍赵州。
三月己丑，镇、定州各遣使言幽州刘守光杀兄囚父凶僭之状。李存勖召监军张承业等诸将议幽州之事，张承业说：“刘守光比其父还残暴，大失民心，可以讨伐。”李存勖于是讨伐幽州刘守光。
