唐中和元年（公元881年）九月，朱溫所部在東渭橋和唐軍大戰，隨後黃巢又派來尚讓加入戰鬥，唐軍被朱溫打的沒了脾氣，離開東渭橋後撤至富平（今陝西富平）。朱溫越打越順手，十一月，朱溫和孟楷部受黃巢指令，北上富平，收拾拓跋思恭和李孝昌。二人已經被朱溫打怕了，數戰數敗，損失重大，二人一合計，乾脆回去吧，再在這打下去，本錢早晚要賠光。
中和二年（公元882年）二月，朱溫再攻同州（今陝西大荔），朱溫沒有正面攻取，而是北上丹州（今陝西宜川），然後縱兵南向，偷襲同州。唐同州刺史米誠沒什麼用，狂奔河中。黃巢得知朱溫得手後，封朱溫爲同州防禦使，就守在同州。
黃巢覺得形勢略有好轉，便想滅掉河中的王重榮。同月，黃巢再祭出他的常勝法寶朱溫，讓朱溫自同州南下，兄弟黃思鄴出華陰，兩路合兵數萬，進擊河中。
王重榮自從再歸唐朝以來，還沒有立過什麼象樣的戰功，既然朱溫來了，那就拿他開齋吧。兩軍戰於河中，唐軍在王重榮的哭告激勵下，士氣大振，大敗朱溫。朱溫覺得自己拿不下王重榮，便連上十章入長安，請黃巢速發兵來援。
此時在黃巢身邊主事的是左軍使孟楷，孟楷和朱溫向來不和，巴不得王重榮能作掉朱溫，當然不想讓朱溫過好日子，扣下朱溫的急信。朱溫左等不來，右等不來，得知是孟楷從中下黑手，不由得大怒：“昏君！用這等下作僕才，如何不誤事！”朱溫看到唐軍四面圍集，知道黃巢要壞事了，便動了背叛黃巢的心思。
朱溫召來心腹人謝瞳、胡真，一起分析了保黃和降唐的利弊得失。謝瞳勸朱溫：“黃主起兵山東，聚衆百萬，因唐室昏庸，天下紛擾之際，成得大事。但現在朝廷軍四圍長安，縱魏武復出，能奈何？將軍本欲忠於黃主，但黃主信用孟楷，馭軍無方，用人不明，他撐不了多長時間了。將軍英武聰明，何必在一棵樹上吊死？見機行事，纔是英雄本色。”胡真也勸朱溫降唐，朱溫大喜：“天下富貴，我今日不取，復待何日！”
唐中和二年（公元882年）九月，朱溫殺掉黃巢派來的監軍嚴實，舉軍投降王重榮。朱溫向王重榮謝罪：“溫久事黃逆，罪大惡極，今願歸順朝廷，將罪建功。”朱溫的臉皮比城牆還厚，又道：“若大帥不棄，溫願奉大帥爲舅氏，效節犬馬。”
王重榮平白多了個有本事的外甥，自然大喜，趕忙認下朱溫，並飛使成都報喜。朱溫是黃巢的頭號王牌，拿下朱溫，黃巢已經沒幾天蹦頭了。唐朝文武也都知道這號人物。李儇聞報，喜極而泣：“朱溫如此識時務，誠我大唐忠臣也！”拜朱溫爲河中招討副使，並賜名朱全忠。李儇哪裡想得到，正是這位“朱全忠”後來連弒兩位唐朝皇帝，殺盡李唐宗室，毀了他唐家三百年的社稷。
朱溫打仗確實有能耐，而且朱溫對黃巢知根知底。所以朱溫投降唐朝，黃巢手下大驚，也多開始謀劃出路，黃巢在長安的統治搖搖欲墜。黃巢聞朱溫變節，大怒：“負鍋賊！不得善終！”
黃巢軍的實力並沒有因爲朱溫的投降而受到實質性的削弱，王重榮心裡還是擔心。楊復光建議王重榮求援兵，王重榮嘆道：“我手頭上就這點子兵，加上朱溫，不過數萬，上哪求兵？”楊復光笑：“代北李克用，驍勇異常，手握強兵，不如招李克用過來，爲我們所用。”
王重榮大喜，速告知王鐸，王鐸知道李克用和鄭從讜不和，寫信勸鄭從讜要從國家大局出發，別給李克用南下製造麻煩，這回鄭從讜聽了勸。李克用也不想老死代北，他看到各路豪傑都去勤王，知道一旦唐朝中興，自己沒什麼軍功，以後怎麼在江湖上混？既然王重榮來請，自然樂意。
唐中和二年（公元882年）十月，雁門節度使李克用帶着四萬黑衣沙陀兵南下勤王，不過李克用對鄭從讜還會耍什麼花招心中沒底，不敢招惹這位鄭爺，讓大軍繞道嵐州（今山西嵐縣），沿黃河東岸行進。自己帶着幾百親騎路過太原，和鄭從讜打個招呼，以後還要和鄭從讜打交道，所以這回非常的客氣。鄭從讜知道李克用打的是勤王旗號，也不敢得罪朝廷，送點東西，打發了事。
黃巢軍久聞李克用的沙陀兵兇悍善戰，互相驚歎：“黑鴉軍來了，我們打不過他的，這可如何是好？”黃巢得知李克用的弟弟李克讓曾經被南山寺的僧人殺害，黃巢想讓李克用欠他個人情，便派大將米重威押着南山寺的僧人，帶着重金和詔書前去沙陀軍大營，希望李克用不要插腳。李克用來這裡就要發家致富的，哪會任黃巢隨意擺佈？李克用先殺掉南山寺和尚，哭祭兄弟，然後把黃巢的重金分賞衆將，燒掉黃巢的詔書，亂棍把米重威打出去。
二月，黃巢盡出主力，以尚讓、黃揆、黃鄴、林言、王璠、趙璋等將率大軍十五萬出守沙華山西北的樑田坡，準備和唐軍決一死戰。李克用見機會來了，立刻會集河中王重榮部、忠武周岌部等各道，陣列嚴整，逼進黃巢軍。兩軍以騎兵爲先鋒，步兵隨後，狂呼着衝殺在一起。沙陀人實在強悍，王重榮等部也不示弱，死命擊殺黃巢軍。
此役驚天動地，喊殺聲震出數十里，狂風肆起，旌旗撲獵，血肉迸飛。黃巢軍人心不穩，打到夜幕時，黃巢軍大敗，死傷數萬，屍體遍於野路。樑田坡敗後，黃巢已經無力再發動大規模的戰役，唐軍進一步勒緊了套在黃巢頭上的絞索。
黃揆、黃鄴兄弟帶着殘部去襲華州（今陝西華縣），華州刺史王遇見黃氏兄弟要吃人，嚇跑了，黃巢軍入城據守。李克用初次建捷，心氣極高，率軍急追，沙陀軍殺到華州，未做休息，開始攻城。
黃巢困守長安孤城，形勢日益惡化，黃巢爲了給自己留條後路，派三萬軍去守藍田，一旦不利，好東出藍田道，進入河南。華州被圍，黃巢再派大將軍尚讓速領本部兵去在李克用背後捅刀子。李克用不想被尚讓和黃揆夾成了三明治，率沙陀軍折回逆擊尚讓。
沙陀氣勢如虹，在零口（今陝西臨潼東北）再敗尚讓，尚讓屬狗熊的，打不過就跑。華州城中的黃氏兄弟見援軍被打敗，嚇的逃出華州。李克用知道起義軍現在最缺的就是糧食，李克用來了一招釜底抽薪，派部將康君立、薛君勤等人每天晚上率領輕騎後前往長安燒糧，破壞黃巢軍僅有的一些糧食儲備，餓死黃巢軍。
中和三年（公元883年）四月，李克用聯合忠武軍龐從部、河中軍白志遷部提兵先進，逼進渭南（今陝西渭南），黃巢也做最後一博，可惜軍心已經大亂，戰鬥力急速下降，一日三戰，盡皆敗北。唐軍主力隨後趕到，黃巢軍大潰，黃巢知道這時已經無法再呆在長安了，必須尋找生路。黃巢集合剩餘的人馬，先放火燒了長安城，然後趁夜色朦朧之際，經藍田關出商洛東下河南。
李克用等各路軍閥耀武揚威的進入長安，這夥官軍剛進城，就四處搶掠，看什麼東西值錢搶什麼，把一座錦繡長安城弄的破敗不堪。雖然封建史家痛恨黃巢義軍，但對這些“官軍”的醜陋行徑進行嚴厲批判，說“官軍暴掠、無異於賊。”等搶完長安的東西之外，這些“官軍”又盯上了黃巢，黃巢早就想到了這點，讓手下把值錢的東西都丟到路上，等官軍們去拿。這些官軍還真如黃巢所料，見着寶貝就走不動了，一窩蜂的搶，也沒人去關心黃巢跑哪去了。
收復長安後，楊復光遺使赴成都告捷，以李克用爲首功，請皇帝褒賞三軍。李儇呆在成都差不多兩年了，日思歸家，得聞長安告復，驚喜而泣，百官聯袂入賀。李儇下詔大封各路好漢，因李克用功勞最大，所以李克用得到的報酬最多，封隴西郡公，河東節度使，並調鄭從讜回成都，另有任用。太原是北方重鎮，得太原者必能成大事，所以李克用後來據守太原，成爲和朱溫並列的天下兩大鎮。
李克用初出江湖，這年只有二十八歲，便立下如此大功，各鎮爲之側目。李克用年少氣盛，加上沙陀軍剽悍的戰鬥力，李克用一時風頭無二。因李克用有一隻眼近乎失明，江湖人送雅號“獨眼龍”。而收復長安功勞不下李克用的朱溫也得到了一塊肥肉，唐僖宗封朱溫爲宣武軍（治今開封）節度使。與太原一樣，汴州同樣是天下重鎮，朱溫守住中原，並以此爲基礎，四向攻掠，最終建立樑朝。朱溫比李克用大四歲，都是一時之才俊。
二人得了彩頭，自然高高興興的去赴任，朱溫到任後，發現汴州也不是個安樂享福的所在，連年戰亂，內外交困，但既然出來混江湖，遇到點挫折就縮頭，這絕不是好漢所爲。朱溫勵精圖治，治軍嚴厲，人多畏服。李克用面臨的和朱溫一樣的困難，李克用也是一代梟雄，能力手腕俱有，李克用不象朱溫來硬的，先下令安慰河東軍民，河東形勢日漸穩定。
朝廷一片喜氣，卻忘了黃巢還活着。唐中和三年（公元883年）五月，黃巢餘部開到了千里之外的蔡州（今河南汝南），蔡州刺史秦宗權出城打了幾仗，黃巢餘勇可賈，把秦宗權打的一敗塗地。秦宗權能屈能伸，投降了黃巢，大家一起發財。
黃巢看到唐軍的主力多集中在關中，河南兵力空虛，便決定在河南境內開闢第二戰場。五月，黃巢率軍攻打陳州（今河南淮陽），以孟楷爲前鋒先行至項城（今河南項城）。趙犨算定黃巢要來打他的主意，早就準備好了。趙犨埋好伏兵，帶着一部兵來引誘孟楷，孟楷是個傻大，不知道是計，大喜前來，結果伏兵四出，大敗黃巢軍，活捉孟楷，斬於陣前。