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。朱温以为大患，遂遣使离间魏博节度使罗弘信。因李存信劫掠魏博居民，激怒了罗弘信，遂与朱温结盟，乃出兵三万以攻河东军。李存信敛众而退，为魏博军所薄，丢弃辎