同年八月，张文礼阴通后梁、勾结外敌、心怀异志、反迹渐露，李存勖不再姑息，命大将阎宝率军讨伐、围困镇州、征讨叛逆。大兵压境之下、惊惧交加的张文礼忧惧成疾、病重身死，其子张处瑾接续兵权、负隅顽抗、固守镇州孤城、拼死抗拒晋军讨伐，成德战事陷入长期围城拉锯、久攻不下。
与此同时，义武节度使王处直私心作祟、畏惧晋国削藩、贪图割据自立，暗中勾结契丹耶律阿保机、私引契丹大军南下、意图叛晋自保、颠覆河北格局。阴谋败露之后，其义子王都发动兵变、囚禁王处直、夺取义武军政大权、掌控定州。可契丹大军已然入境、顺势围困定州，北疆战火再度燃起。
天祐十九年（922年），河北战局全线焦灼、南北皆战、四面用兵。李存勖临危不乱、亲率五千精锐铁骑火速北上、驰援定州，于新城、望都两度大破契丹主力、连战连捷、击溃辽军，一举解除定州之围，并乘胜北逐残敌、兵临幽州、震慑塞外，彻底终结此次契丹南侵之患、稳固北疆。
然而北线大捷之际，南线、西线战局接连受挫、晋军陷入空前苦战。镇州孤城久攻不克、叛军顽抗到底、死守死战，晋军攻城屡屡失利、损兵折将、士气受挫。主帅阎宝因攻城惨败、羞愤交加、重病病逝；继任主帅李嗣昭、李存进接连战死沙场、为国捐躯，晋军连丧名将、精锐损耗严重、战局极为被动。
后梁趁晋军主力深陷河北内战、兵力分散、无暇南顾之机，大举反扑、收复失地，接连攻克卫州、新乡，夺回河北重镇相州，后梁颓势短暂回暖、梁晋战局再度反复。
直至同年九月，围困镇州经年、粮尽援绝、力穷势竭，晋军名将符存审找准战机、全力猛攻、一举破城、攻克镇州。张处瑾及其党羽张处球、高濛、李翥尽数被俘、押送魏州处斩，叛乱元凶张文礼被劈棺戮尸、以儆效尤，彻底肃清成德叛逆、平定河北最后一处割据战乱。
战后，李存勖为杜绝藩镇割据重演、彻底掌控河北腹地，亲自兼任成德节度使，将成德重镇直接纳入直辖、收归晋国中枢统管，河北全境自此彻底底定、再无割据、完全一统。
天祐二十年（923年），天下大势已定、北方尽归一统、后梁残喘苟延、天命归晋，四方藩镇再度集体劝进、恳请登基。
同年四月，李存勖顺应天命、从众所请，于魏州正式称帝建国，改天祐二十年为同光元年。为承续大唐正统、标榜家国传承、昭示自身为李唐社稷合法继承人，定国号依旧为唐，史称后唐。
他
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