年（903年）秋，加检校司空，不久加司徒、中书门下平章事。天祐元年，加太保，进太原郡王。天祐四年（907年）三月，朱温称帝，建立后梁，年号开平。王处直加太尉（或称检校太尉）兼侍中。开平三年（909年，天祐六年），加开府仪同三司、检校太师兼中书令，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