源进军广边军，与燕将元行钦展开血战。激战之中，李嗣源七箭射中元行钦，自己也被元行钦一箭射中大腿，负伤苦战。元行钦力竭不支，最终请降。李嗣源爱惜其勇，将元行钦收为养子。后来李存勖听闻元行钦骁勇，将其索要到自己麾下，成为自己的心腹猛将。
天祐十三年（916年），李存勖与梁将刘鄩大战于故元城。李嗣源亲率三千骑兵，鼓噪呐喊，奋力冲杀，与李存勖大军内外夹击，大破梁军。战后他乘胜进军，接连攻占磁州、洺州、相州等后梁重镇，改任相州刺史。同年九月，沧州守将毛璋归降晋军，李嗣源奉命前往沧州安抚毛璋，不久之后，出任安国军节度使，出镇邢州，独当一面。
天祐十四年（917年），契丹大军大举围攻幽州，守将周德威遣使飞骑告急，幽州危在旦夕。朝堂诸将多有顾虑，李嗣源力排众议，坚决主张出兵救援，主动请命，愿领五千精锐突骑作为先锋。李存勖于是命李嗣源会同符存审、阎宝，于易州会师，合力驰援幽州。
李嗣源仔细研判敌我态势，定下“潜行溪涧，袭其不备”的作战方略。大军翻越险峻的大房岭，沿着山间溪涧向东迂回挺进。行军途中，屡屡遭遇契丹骑兵拦路阻击，李嗣源与养子李从珂身先士卒，拼死血战，接连击退契丹的数次截击，大军一路苦战推进，抵达距离幽州城外六十里处。
就在此时，契丹大批骑兵突然杀至。李嗣源毫不畏惧，纵马冲入敌阵，挥舞铁槌奋勇搏杀，所向披靡，生擒契丹队帅。晋军将士受主将鼓舞，全线进击，大败契丹大军，成功解除幽州之围。同年九月，李嗣源班师回朝，受封检校太保，地位愈发显赫。
天祐十八年（921年），李嗣源联合河中节度使朱友谦、昭义节度使李嗣昭、沧州节度使符存审、定州节度使王处直、天平节度使阎宝、大同节度使李存璋、新州节度使王郁、振武节度使李存进、同州节度使朱令德，联署三次上表劝进，恳请李存勖登基称帝，各位藩镇各献数十万货币财物，作为建国登基的资费，然而三次劝进都被李存勖婉言拒绝。
同年十月，李嗣源在戚城大破梁将戴思远，斩获首级两万级。凭借赫赫战功，升任蕃汉内外马步副总管，加授同平章事衔，跻身河东最高军政核心集团。
后唐同光元年（923年），河东基业已然大成，李嗣源调任横海军节度使，镇守沧、景一带，手握方面重兵。四月，李存勖于邺都正式登极称帝，建国号为唐，史称后唐，是为后唐庄宗。新朝肇建，大行封赏，李嗣源以赫赫军功，进
…。。