克用请兵，又请求兼任镇、冀二州，因李存信进行离间，李克用不准许。大顺二年（891年），李克用大举侵略山东地区，以李存信为蕃汉马步都校，李存孝听闻后大怒，李克用又下令李存信取代他，李存孝因而谋叛。李存孝既诛，以李存信为蕃汉都校。跟从李克用讨伐李匡俦，招降赫连铎、白义诚，以军功检校右仆射，又跟从李克用入关讨伐王行瑜，加为检校司空，领郴州刺史。干宁三年（896年），宣武节度使朱温攻打兖州泰宁军节度使朱瑾及郓州天平军节度使朱瑄，两人向李克用求救，李克用派遣李存信假道魏博，屯兵于莘县，与朱瑄合势以抵抗宣武军。朱温