梁将刘知俊任命为西路行营都招讨使，肩负防御岐国与晋国的重任。佑国军节度使王重师与他素来交好，二人在幕谷会合后，联手击败了岐兵，战功赫赫。捷报传到朱温耳中，他立即命令刘知俊乘胜追击。

刘知俊率军进发，一举攻占了丹州、延州、鄜州和坊州，战果辉煌。朱温随即封牛存节为保大军节度使，镇守鄜州与坊州；又封高万兴为保塞军节度使，镇守丹州与延州，同时命刘知俊率兵继续攻打邠州。

邠州属岐王李茂贞养子李继徽管辖，地势险要、防守严密。刘知俊部队连战数日，士兵略显疲态，他深知贸然攻城恐难取胜，但又不敢明目张胆违抗朱温命令，于是借口粮草不足，暂缓进军，待筹足后再作打算。这样的考量并非无理，连续作战让士兵体力消耗，出现疲态实属正常。

然而，朱温疑心极重，见刘知俊迟迟未出兵，怀疑他有异心，竟下令班师回洛阳。就在刘知俊准备出发之际，他得知好友王重师被捕，遭斩刑株连九族，这一消息让他震惊无比。原来王重师长期镇守长安，治军严谨，深得军民拥戴，但朱温因其对朝廷进奉不及时而生疑，决定调他赴洛阳任职，由左龙虎统军刘捍接任佑国军留后。

王重师不愿离开长安，因为在这里他可谓自由之王，随心所欲；一旦去洛阳，就要受朱温制约，失去自由。刘捍满心欢喜地前来接替，却被王重师痛骂赶走。刘捍怀恨而归，向朱温告发王重师图谋不轨，称其暗通李茂贞。虽说王重师有些自负，但说他谋反，实在是天大的冤枉。朱温治军刻薄无情，只要稍有不满，轻则痛骂，重则砍头，毫不手软。王重师虽未必真有异心，但在朱温眼中，他已成隐患，于是被贬为溪州刺史，不久赐死，九族尽诛。

刘知俊本对赴洛阳心生迟疑，闻王重师被诛，更感兔死狐悲，深知鸟尽弓藏之理。他愈发犹豫，进退两难。此时，弟弟刘知浣密信告诫：入洛必死。刘知浣曾任指挥使，从内部得知朱温对刘知俊起疑，王重师之祸便是前车之鉴。为避祸，刘知浣连夜带家人逃至刘知俊营中，刘知俊见亲人脱离险境，无后顾之忧，遂迅速带军占领同州，投奔岐王李茂贞，并暗中重金贿赂长安将领，捉拿刘捍，为王重师复仇。

重赏之下，果然有人抓获刘捍，送至凤翔领取重赏。刘知俊占领同州后，紧接着攻占潼关，朱温方才得知，他的忠将竟成了叛将。朱温急忙派人催促刘知俊赴洛阳，直到报信者回报，他才得知刘知俊已背叛。朱温写信质问：你是我老臣，为何反叛？刘知俊答曰：王重师也是忠臣，何至杀之株连九族？兔死狐悲，鸟尽弓藏，我心恐惧，害怕有朝一日也被同样对待。朱温为之哑口无言，只能派人劝慰，称刘捍诬陷王重师，王重师冤死已报。

刘知俊深知朱温阴狠毒辣，根本不信，连信都未回。朱温勃然大怒，下诏削夺其官爵，并派山南东道节度使杨师厚、马步军都指挥使刘鄩讨伐。刘鄩军至潼关东，俘获刘知俊伏兵蔺如海等三十余人，逼其引路。守关士兵误以为熟人，不设防，刘鄩军突入，刘知俊仓促应战，不敌，只得弃关西走，逃往凤翔投李茂贞。李茂贞杀刘捍、重赏擒者，并授刘知俊中书令，令其攻取灵州。刘知俊率岐州兵数千，围攻灵州，令梁军节度使韩逊告急洛阳。

朱温闻报，急派镇国军节度使康怀贞与感化军节度使寇彦卿支援韩逊，同时进攻邠州、宁州。康怀贞军连克宁州、衍州，进入泾州。刘知俊察敌至，立即回兵解围，并在峡谷设伏，待康怀贞军入伏后，突袭切割敌队。康怀贞惊慌，幸左龙骧军使王彦章奋勇开路，杀出重围，偏将李德遇、许从实、王审权等尽被击散。康怀贞逃至升平，遇险谷封路，刘知俊率兵伏击，成功堵截。

刘知俊大呼：康怀贞，快来受死！康怀贞惊恐，王彦章挺身而出，挥舞重枪开路。刘知俊奋马迎敌，见王彦章神力惊人，三五回合已汗流浃背，只得退下。王彦章带路，康怀贞紧随，终冲出山谷，士兵则被岐兵所杀，全军覆没。寇彦卿闻败，急收兵，未致大失。刘知俊向李茂贞报捷，被封彰义节度使，管泾州。朱温因败仗懊恼，政事荒废。

夏州节度使李思谏病亡，李仁福继位，朱温封之为夏州节度使，为西夏前身。魏博节度使罗绍威病逝，次子罗周翰袭位，朱温亦照发公文。楚王马殷请赐天策上将军号，朱温竟不深究，同意其设府任官。刘知俊叛变不久，镇州又生变故，赵王王镕祖母去世，朱温派使协助守城，调拨魏博兵驻深州、冀州，以便随时扼制王镕。

王镕知梁军不怀善意，但不敢拒绝。手下石公立告诫王镕勿让敌兵驻镇州，然而王镕不听，杜廷隐率兵进城，深州百姓惊惶逃离，魏博兵杀尽守军，再攻冀州，血洗城邑。王镕终于明白朱温意在杀他，遂命石公立夺回深州、冀州。因守城严密，夺城不易，王镕四处求援，先是义武节度使王处直，再求燕国、晋国。燕王刘守光拒绝，李存勖却视之为良机，决定出兵助王镕，形成三方联盟抗梁，柏乡之战一触即发。

李存勖谨慎，用周德威挑衅梁军，但梁军不出，改用骂阵战术，周德威率骑兵侮辱梁军，终于激起梁军主将韩勍出战。晋军退避，梁军追击，陷入野河伏击。李存勖亲自监视战局，指挥精兵，诱敌出营。梁军疲惫饥渴，周德威带精骑冲击，梁军溃退，王景仁、韩勍、李思安等人夹杂乱军逃命。李存璋率兵追击，呼喊投降者可免死，梁兵纷纷缴械。

晋军从野河追至柏乡，梁兵营寨尽空，军粮兵器尽被缴获，柏乡之战震动天下。晋军清点战果：斩敌两万余，获战马三千匹，铠甲兵器七万余件，擒梁将陈思权及部下二百八十五人。李存勖驻赵州，准备次日进攻深州、冀州。梁国杜廷隐等弃城而逃，劫走壮丁，活埋老弱，深州、冀州尽成废墟，改用前唐年号。

柏乡之战成为五代史上著名战役，这一役击断朱温脊梁，梁朝精锐几乎全军覆没，河北归晋，镇州王镕、定州王处直全面倒向李存勖，自此梁朝由盛转衰，逐渐走向衰弱，在与晋国的争霸中彻底失势。