多处州县。李克用困守太原孤城，形势岌岌可危。时值连绵大雨，雨水浸泡侵蚀，太原城墙多处颓坏破损，城防残破，城中人心惶惶。李嗣源与李嗣昭分领兵马，分头出击，率领精锐不时突击梁军营垒，袭扰敌军，打乱梁军攻城部署。梁军久攻太原坚城不下，又军中粮草渐渐匮乏，士卒疲惫不堪，只能被迫撤兵。李嗣源抓住战机，领兵尾随追击，乘胜收复大批失陷的州县，稳固河东疆土。
天复二年（902年），氏叔琮再度兴兵，在蒲县击溃李嗣昭、周德威的晋军，乘胜追击直抵晋祠，再度重兵围困太原。太原城中兵力空虚，局势凶险万分。李克用亲自登城督战，眼见城池危殆，心中动摇，打算弃城逃往云州，暂避兵锋。他召集众将商议弃城之事，李嗣源挺身而出，与诸将坚决力谏反对出逃。李克用见众将意志坚定，才打消弃城的念头。
不久，溃散的晋军将士陆续返回太原。李嗣源挑选敢死勇士，昼夜不停出城突袭梁军营地，屡屡破营，还生擒梁军骁将游昆仑。梁军日夜疲于应付晋军的袭扰，将士疲惫、军心涣散，无力继续围城，只得焚烧营寨，全军撤退。
天祐五年（908年），一代枭雄李克用病逝，世子李存勖继承河东节度使、晋王之位。同年五月，李存勖亲率大军奔赴潞州解围，命李嗣源与周德威分兵两路，夹击梁军修筑的夹城。李嗣源身先士卒，指挥士卒砍伐梁军布设的鹿角障碍，以柴草填平壕沟，从夹城东北角奋勇攻入。周德威亦攻破夹城西北角。李存勖抓住战机发动总攻，晋军内外夹击，大破梁军，取得夹城大捷，彻底解除潞州之围。此战之中，李嗣源率先突入敌垒，功居第一。
天祐八年（911年），柏乡大战爆发，李嗣源跟随李存勖参战。梁军甲仗鲜明，军容盛大，白马都、赤马都两支精锐骑兵耀武扬威。李存勖见梁军声势浩大，担心麾下将士心生怯意，便想借李嗣源的勇武提振全军士气。他赐酒给李嗣源，对他说道：“你看梁军的白马都、赤马都，声势何等慑人，实在令人心惊。”
李嗣源听罢大笑，不以为意，直言梁军不过是虚有其表。他饮尽杯中酒，翻身上马，率领部众直冲梁军白马都阵，于万军之中生擒两名梁军骑校。晋军将士见主帅麾下猛将如此悍勇，士气瞬间高涨，人人奋勇争先。两军自辰时鏖战至未时，晋军彻底击溃梁军，赢得柏乡大捷。此战李嗣源于敌阵往来冲杀，斩获甚多，战后因功升任代州刺史。
天祐十年（913年），周德威出兵征讨燕王刘守光，命李嗣源分兵攻取山后八军。李嗣
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