昭宗天复二年（公元902年）正月，朱温带兵回到三原，后又移兵武功，准备再次进攻凤翔。突然探马来报，李嗣昭、周德威带领晋军进攻慈州和隰州。不久又报慈州、隰州失守，晋兵进逼晋州和绛州。朱温马上派兄子朱友宁会同晋州刺史氏叔琮去迎击李嗣昭。李嗣昭攻下了绛州，可是不久又被汴军将领康怀英夺了回去。李嗣昭在蒲县扎营，汴军十万在蒲南为营。氏叔琮夜半带兵攻击晋军营垒，并派兵截断晋军归路，大败河东军，消灭晋军一万多人。

　　　　二月，昭宗任命韦贻范为工部侍郎，同平章事，并派出给事中严龟充岐、汴协和使劝朱温和李茂贞双方罢兵，并赐朱温姓李，使朱温和李茂贞结为兄弟，朱温不同意，不奉旨。可是李茂贞坚守不战，朱温短时间也没办法。这时接到战报，知道河东军进攻晋、绛，于是回师河中，再到晋州，先去对付李克用的军马了。

　　　　三月，氏叔琮、朱友宁再次攻打李嗣昭、周德威，汴军横陈十里人数众多，而河东军不过数万，士兵都非常惧怕。周德威出战失败，于是就让李嗣昭先退，他带领骑兵殿后。汴军随后追击，李克用的另一个儿子李廷鸾跑得慢，被汴军捉住，成为了俘虏。朱温传下命令，让氏叔琮、朱友宁乘胜进攻河东。

　　　　李克用接报李嗣昭战败，马上派李存信带兵增援。李存信在清源遇到汴军，见汴军势大，连忙逃回晋阳，汴军复取慈、隰、汾三州。

　　　　三月十五日汴军开到晋阳城下，在晋祠安下大营，急攻晋阳西门。这时虽然李嗣昭、周德威收集溃兵已经回到阳，但晋阳守军仍是准备不足，李克用只得亲自上城防御，经常饭都吃不上。而氏叔琮却不穿铠甲，在攻城队伍后溜溜达达指挥，不把晋军放在眼里。

　　　　李克用守城饭不得吃觉不得睡，有点撑不住了。他召集众将开会，商议要放弃晋阳退保云州。李嗣昭、李嗣源、周德威都不主张撤退，他们说：“有儿子们在这里，一定能守住晋阳，父王不要做撤退的打算，免得动摇军心。”只有李存信主张撤退，他说：“关东、河北已经被朱温征服，我们兵少地窄，困守孤城。如果敌人在城外筑垒挖沟包围城池，那时候我们飞都飞不出去。不如暂时退入北方少数民族地区，然后再徐图进取。”李嗣昭不同意李存信的意见，两人不免争论起来，李克用不能做出决定。朱温后堂有位张氏夫人经常为朱温出主意，李克用后宫也有位刘氏夫人很有智谋。李克用回到后堂，刘夫人就对李克用说：“李存信只不过是一个北川的牧羊儿，怎能有远虑。大王常常嘲笑王行瑜轻易逃出城，被人所杀，今天怎么反而要去学他呢？而且昔日大王屈居鞑靼，差点把命都丢了。现在朝廷多事，我们才回到中原。目前大王一脚迈出城去，则祸福难料，塞外之地还能到吗？”这样李克用才又下定了守城的决心。

　　　　过了几日，上次战斗中打散的将士又都回到了晋阳，李克用的弟弟忻州刺史李克宁也带兵来到晋阳。李克宁态度非常坚决，他说：“我要死守晋阳，哪儿都不去。”军心于是安定下来。

　　　　朱温见一时打不下晋阳城，于是自己就带领中军回了河中。他还命令朱友宁带走一部分人马再去攻打李茂贞，军队移驻兴平与武功之间。这下河东军有了回手的机会，李嗣昭、李嗣源等将领频频出动夜袭氏叔琮大营，杀人放火，汴军不堪其扰。这时汴军中又传染起疫病，氏叔琮只好撤军。

　　　　听到汴军撤兵的消息，李嗣昭、周德威带兵追击，一直把汴军追到石会关。氏叔琮在石会关山上布置了一些马匹不少的军旗作为疑兵，李嗣昭等怕中埋伏，这才退兵。回兵又收复了慈、隰、汾三州。虽然李克用保住了晋阳（太原），但经过这次与朱温的交锋感到自己的兵力财力都不如朱温，他听从了掌书记李袭吉和儿子李存勖的建议，在他治理的疆域内禁止胡汉军队剽掠百姓，实行法政和仁政。在数年中不再与朱温争锋，韬光养晦，致力于增强国力。李存勖是李克用的宠妃曹氏所生，而他的正室刘氏没有生养，自从曹氏有了存勖，刘氏更厚待曹氏。李克用认为刘氏很贤惠，于是就把教养儿子的任务都交与了刘氏。李存勖从小就聪明勇敢，很得李克用和刘氏的欢心。

　　　　四月份，崔胤从华州来到河中见朱温。他在朱温面前大哭，仍是劝朱温尽快发兵去讨伐李茂贞，他对朱温说，如果不去迎驾恐怕李茂贞会劫持圣驾去蜀地。朱温举行宴会欢迎崔胤，崔胤还亲自打击乐器为朱温侑酒。