兼中书令，进封北平王，福建节度使王审知封闽王，广州节度使刘隐封南平王。后梁进攻成德节度使赵王王镕，王处直恐惧唇亡齿寒，投靠晋王李存勖。921年，王镕被义子张文礼杀害，王处直没有响应李存勖讨伐，被李存勖猜忌。王处直就派自己的儿子新州（今河北涿鹿）团练使王郁秘密联络耶律阿保机，背叛李存勖。定州将领不愿联络契丹。小吏和昭训劝其义子王都举事，王都于是抓住王处直，囚于西宅，自为留后。王氏子孙及王处直部下都被王都杀戮殆尽。次年（922年）正月朔旦，王都于西宅拜访王处直，王处直奋起揕其胸而唿曰：“逆贼！吾何负尔？”然