任为汾州（今山西汾阳及周边县市）刺史。这让李存孝心生不满，他自认功劳最大，竟不是他充任昭义留后，气到好多天不吃饭。大顺二年，邢州节度使安知建暗中投靠朱温，李克用得知后，让李存孝当上邢州刺史。大顺二年，与赵王王镕作战。景福元年（892年）正月，其作战时与李存信发生矛盾。李存信诬陷李存孝说：“存孝有二心，常避赵不击。”李存孝不自安，叛离李克用，与朱温、王镕、李匡威等结盟，并上表归顺朝廷。唐昭宗任命李存孝为邢州、洺州、磁州节度使。景福元年（892年），李克用亲自出兵讨伐李存孝。李克用并不急于攻城，仅是深沟高垒铁壁