朱温心急火燎地回到大梁后，张兰舒的病情已经稍见好转了，他这才松了一口气，便将准备攻讨太原的想法告诉了她。张兰舒道：“晋王在河东人望甚高，现在还不是出兵攻伐的良机。倒是朝廷，近年来多有危难，若有时机，夫君须早日平定关中为上。”朱温虽然知道她说的在理，但是，他始终觉得李克用才是他真正的心腹之患，因而，当张兰舒痊愈之后，还是决定起兵讨伐太原。不过，他心中还有一个顾忌，欲出兵太原，有一人却不得不除，这个人就是王珂——他毕竟是李克用的女婿，难保他不会和李克用通气，于是，便密召蒋玄晖商议。

蒋玄晖献计道：“主公若在大梁除掉王珂，恐会落下不义之名，不如遣其入朝奏事，然后遣人在华州动手。”

朱温喜道：“此计甚妙！”

次日，即令王珂护送贡品进京，王珂不知是计，领命而去。

不久，消息传来，王珂一行在华州境内遭遇盗贼，王珂被盗贼所杀，贡品也被劫走了。朱温假装大怒，煞有其事地致书于韩建责问此事。韩建不敢怠慢，连忙出兵寻找盗贼，却哪里找得到，最后只好找了几个死囚顶罪了事。

至此，朱温就再无后顾之忧了，遂分布诸军大举攻伐李克用，共起兵三十余万，号称六十万大军，兵分七路：氏叔琮率军五万出太行，魏博都将张文恭率军五万出新口，葛从周以兖郓之兵会合镇州兵五万出土门，张归厚率邢、洺军三万出马岭，王处直率定州军五万出飞狐，朱友伦率兵三万出磐山，张存敬率兵三万出阴地关。

军令刚刚发出，突有河中军报：张存敬忽染重病，在军营中逝世了。朱温甚为痛惜，又觉大战在际，先损大将，心中隐然有不祥之感，但此时各路军令已经下达，已无法收回了，只得下令让徐怀玉暂代张存敬。

没过多久，各路捷报就相继报到了大梁：

氏叔琮先是进军昂车，沁州刺史蔡轲开城投降，随即又攻陷了泽州，李存璋弃城逃走，接着又兵围潞州，潞州刺史孟迁也举州归顺，河东屯将李审建、王周率步军一万、骑军二千投降，大军进驻洞涡驿。

张归厚引兵至辽州，辽州刺史张鄂投降。

徐怀玉连陷慈、隰二州，河东都将盖玮、汾州刺史李瑭相继投降。

葛从周自土门入晋，攻陷承天军，与氏叔琮烽火相应。

朱友伦攻占磐山，晋军望风逃窜……

不到一月，各路梁军皆相继抵达了太原城下。一时间，太原城人人恐慌，个个心惊。李克用倒是不惧，日日亲自登城指挥，一连好几天都无暇进食。此时，上天似乎也在帮助梁军，一连下了数十天大雨，太原城墙多处毁坏，李克用无奈，只好急令军民日夜修补。

梁军远来，自然想速战速决，各军争先恐后，轮流急攻，但晋军兵精箭利，更兼太原军民同仇敌忾，梁军死伤较多，但却难动太原分毫。梁军只得改变策略，变速战为围城，但由于太原粮草富足，围城一月之后，城中军民不仅不见疲态，反而士气更盛了，而梁军却渐渐有些力不从心了：一来，三十万大军虽说人多势大，但粮草供应却越来越艰难，经常缺粮断炊；二来，此时正是梅雨季节，数十天的阴雨，使得兵营潮湿，不时有将士染上疟疾；三来，李嗣昭、李嗣源在城墙上凿了个暗门，经常率精骑趁夜出城，掩击梁营，左俘右斩，或燔或击，致使梁军疲于奔命。

朱温久历沙场，自然知军，他知道，此时要想攻陷太原，时机尚未成熟，再加上张存敬出师身死之兆始终在他心中是个阴影，便决定见好就收，下令各军撤围班师。

氏叔琮接命后，自石会关回军，路过潞州，朱温令孟迁举族随军南迁，让丁会接替他驻守潞州。

李克用见梁军撤围，立令周德威、李嗣昭率精骑五千跟踪追杀。随即，李嗣昭率军攻汾州，三日而克，叛将李瑭被斩首。紧接着，李嗣昭又出师阴地，攻夺慈、隰二州，二州刺史唐礼、张环投降。