，李存勗慨叹无人能附托时，见李存贤在坐，即日授李存贤为特进、检校太保，充当幽州卢龙节度使。是年五月，李存贤到卢龙镇。当时契丹强盛，城门之外，烽尘交警，一日数战。李存贤性格忠谨周慎，昼夜戒严，不遑寝食，以至忧劳成疾，遂死于幽州，当时六十五岁。李存勗下诏赠为太傅。李存贤少有材力，善于角牴。当初李存勗仍在藩邸时，每次宴会都私下与王郁角牴斗胜，王郁频频不胜。李存勗因而自矜其能力，与李存贤打赌，如李存贤胜便赏他一郡。说罢便即时角牴，结果李存贤获胜，因而被封为蔚州刺史。