李茂贞听闻刘知俊来奔，大喜，对众将说：“知俊乃世之猛将，孤得其相助，不用惧怕朱温了！”于是厚待之，加知俊检校太尉、兼中书令，以土疆不广，无籓镇以处之，但厚给俸禄而已。寻命知俊率兵攻围灵武，且图前唐牧马之地。
梁灵武节度使韩逊遣使向朱温告急，朱温令康怀英率师救之，刘知俊回军到邠州听闻康怀英率军到来，乃令骁将彦琦在长城岭布下埋伏，康怀英师次长城岭，刘知俊突然杀出，双方对垒，刘知俊出马，康怀英大骂刘知俊叛徒，刘知俊大怒，领军冲向康怀英，康怀英接着刘知俊大战，八十回合后，突然山上伏军杀下，康怀英不敌，败归。前唐牧马之地被李茂贞占领。
李茂贞得刘知俊，又得前唐牧马之地，再次奋翼，署刘知俊为泾州节度使。李茂贞对众将领说：“朱温率大军来袭的时候，王八落井下石、趁火打劫，占领我兴元，大丈夫恩仇必报。”于是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，泥路湿透，王宗侃艰难行军，唐袭在后面画押后，突然刘知俊从山上杀出，把蜀军冲为两段，王宗侃连忙接战，为刘知俊所败，王宗退保西县。会大雨，汉江涨，王宗侃自罗村得乡导，缘山而行数百里，与其弟王宗播遇于铁谷，王宗侃对其弟说：“刘知俊勇猛，吾不敌。”王宗播说：“胜败乃兵家常事，刘知俊得志，必疏于防范，我们蹑其后，败其必然。”两人于是合军出汤头。时刘知俊自斜谷山南直抵兴州，围西县，军人散掠巴中，王宗侃与王宗播后袭之，刘知俊大败。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。
刘知俊无功而返，向李茂贞请罪，李茂贞扶起刘知俊说：“胜败乃兵家常事，将军不必放在心上。”陕州节度使杨师厚听闻康怀英大败而归，大怒，点兵数将亲击李茂贞，李茂贞派刘知俊出迎，两军对垒，杨师厚提着大刀出马，大叫说：“黑鬼，出来和我杨师厚大战三百回合。”刘知俊大怒，举锏直取杨师厚，双方大战一百回合，士兵们看得目瞪口呆，此时李茂贞亲率大军杀来，梁军又败。
梁永平军节度使、检校司徒，行大安尹、金州管内观察使，刘鄩听闻刘知俊两败梁军，笑说：“康怀英和杨师厚自称梁国名将，他们不能立功，本将军立功给他们看！”于是率军再击李茂贞。李茂贞听闻刘鄩到来，再令刘知俊击刘鄩，刘知俊怒对众将士说：“刘鄩害我弟弟，夺我城池，我和他不共戴天。”于是领军出击，刘鄩率军到宁州，刘鄩左右对刘鄩说：“刘知俊就是在此地击败康怀英和杨师厚，请将军小心。”刘鄩怒说：“本将军天下无敌，根本不把刘知俊放在眼里。”刚刚说完，刘知俊就像野牛一样率领大军杀出，刘鄩慌忙抵挡，刘知俊勇不可挡，刘鄩大败而退。
天祐七年秋七月，凤翔李茂贞遣使来到晋阳，对晋王李存勖说：“刘知俊三败汴军于宁州，灵、夏危蹙，岐、陇之师大举，决取河西。请晋王出师同讨灵、夏”。李存勖令周德威将兵万人，西渡河以应之。刘知俊与振武节度使周德威、泾原节度使李继鸾合步骑五万大举攻夏台，夏州节度使李仁福（拓跋思敬之后）兵力俱乏，向朱温告急。先是，梁供奉官张汉玫宣谕在壁，国礼使杜廷隐赐币于夏，及石堡寨，闻刘知俊大军至，以防卒三百人驰入夏州。既而大兵围合，廷隐、汉玫与指挥使张初、李君用率州民防卒，与仁福部分固守，刘知俊联军拼命攻打夏州城，夏州城壁素坚，乃大夏国开国皇帝赫连勃勃蒸土所筑，名曰“统万城”。李仁福逾月昼夜戮力死守，刘知俊联军不能破。朱温遣夹马指挥使李遇、刘绾自鄜、延趋银、夏。李遇等至夏州，李仁福与李遇内外奋击，败刘知俊联军。河东、邠、岐军分路逃遁，夏州围解。
朱温听闻大捷，大喜。下诏说：“刘知俊贵为方伯，尊极郡王，而乃背诞朝恩，窜投贼垒，固神人之共怒，谅天地所不容。虽命讨除，尚稽擒戮，宜悬爵赏，以大功名，必有忠贞，咸思愤发。有生擒刘知俊者，赏钱千万，授节度使，首级次之；得孟审登者，钱百万，除刺史；得孙亢、卓环、刘儒、张邻等，赏有差。”
刘知俊得宠，为茂贞左右所不容，李茂贞亲信石简颙对李茂贞说：“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，令其帮助守关而已。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，开平四年十一月，卢龙节度使刘守光发兵至涞水，欲攻占定州。朱温听闻后大喜说：“朕的机会来了。”于是佯称助王镕拒刘守光，遣供奉官杜廷隐、丁延徽督魏军三千人入于深、冀，企图消灭成德、义武两镇势力。镇人惧，镇州节度使王镕遣使至晋阳，告难李存勖。时义武节度使王处直的使者亦至，王处直的使者说：“镇定乃一体，镇亡定州也不能独全。”镇定和定州于是共推李存勖为盟主，联合抗梁。李存勖集军吏议之，军吏们说：“王镕狡诈，大王不可深信，宜按甲治兵，徐观胜负。”李存勖说：“疑而不救，正中朱温之计。”乃遣周德威率军屯于赵州。
时镇州、定州皆叛、朋附河东，朱温闻李存勖军屯赵州，遂擢王景仁为上将，付步骑十万，为北面行营都招讨使。命韩勍为副，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。王景仁率大军营于柏乡，韩勍对李思安说：“我们从微时就跟随皇上东征西讨，王景仁只不过是一个客将，没想到现在他既然骑我们头上了！”李思安说：“我杀敌无数，勇冠三军，没想到要听命王景仁！”梁军于是将帅不和。
李存勖听闻朱温大军出动，遂亲征，自赞皇县东下。辛巳，至赵州，与周德威兵合。王处直亦派兵五千支援李存勖。李存勖令骁将史建瑭以轻骑试探王景仁大军，史建瑭获刍牧者二百人，李存勖问其梁兵数，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，周德威对史建瑭说：“王景仁喜欢示弱，然后突然杀别人一个措手不及，我们还是先撤退。”史建瑭同意，乃率军退。
翼日，李存勖进军，距柏乡五里，遣骑军逼梁营。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。李思安对韩勍说：“周阳五退到河边，就是想背水一战，我们不要上他的计谋。”于是撤兵。周德威派侦骑到梁营附近侦探虚实，侦骑回报上：“梁人造浮桥。”周德威乃退保高邑。
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。
梁军在柏乡无刍粟之备，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，遣三百骑直压梁营。梁将韩勍怒，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。”于是令李存璋和周德威出击，以鼓舞士气。周德威自率精骑击其两偏，左驰右决，出没数四。是日，李存勖手持白金巨钟赐大太保李嗣源酒，对之说：“卿见南军白马、赤马都否？睹之令人胆破。”李嗣源说：“彼虚有其表耳，翼日当归吾厩中。”李存勖拊髀大笑说：“卿已气吞之矣！”李存勖引钟尽酹，即属鞬挥弭，跃马挺身，与其部下百人直犯梁白马都，李嗣源奋楇舞槊，生挟二骑校而回，飞矢丽帝甲如猬毛焉。由是三军增气，自辰及未，骑军百战，李嗣源往来冲击，执讯获丑，不可胜计。周德威也获敌军百余人，韩勍知道不敌，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，晋师进退有序，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，说：“晋梁争霸，成败在此一举，有胆量的跟随我杀下去！“乃率亲兵杀下，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。时梁步军未成列，德威阵骑河上以抗之。亭午，两军皆阵，李存勖问周德威战时，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！”时尘埃涨天，魏人听闻汴军退走，也收军渐退。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。梁师败绩，河朔大震。王景仁与众为晋骑所追，检校太保，潞州东北面行营招讨使王檀严设备，应接败军，助以资装，获济者甚众。俄而晋军大至，重围四合，土山地穴，昼夜攻击，朱温忧之，准备亲征。檀密上表，请驾不亲征，而悉力枝梧，竟全城垒。朱温大喜，以功就加王檀检校太傅、同平章事。
杜廷隐袭深、冀，声言分兵就食。时王镕将石公立戍深州，欲杜关不纳，王镕听闻朱温大军百万，惧怕不已，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。及梁柏乡大败，晋王李存勖号令收军于赵州。深、冀两州之人悉为梁奴掳，杜廷隐把老弱者皆坑之，把深州财物掠夺一空，带着壮丁弃深、冀二州而遁。
朱温听闻柏乡大败，怒甚，拘王景仁于私第。王景仁诉于朱温，说：“韩勍、李思安不听调度，擅自出击，乃使大军大败。臣为统帅，有罪。”朱温听王景仁这么一说，怒气尽消，说：“吾亦知之，盖韩勍、李思安轻汝为客，而不从节度尔。”于是以景仁为两浙元勋所荐，且欲收其后效，止落景仁平章事、罢景仁兵柄而已。朱温对左右说：“李思安当敌果敢，无出其右者，然每遇藩方择材，吾将用之，则败闻必至，如是者二三矣，则知飞将数奇，前史岂虚言哉！”数月，复王景仁官爵。