班师回朝时随康延孝于广汉叛变。康延孝在汉州败亡，孟知祥亲自释放被俘虏的李肇，给他署任牙内马步都指挥使，不久奏授嘉州刺史。长兴元年（930年），孟知祥联合东川节度使董璋反唐，派李仁罕在遂州困住武信军节度使夏鲁奇；而后唐攻破剑门，孟知祥命李肇领兵据守剑州普安，并告诫他连夜赶路，不须害怕唐军。到达剑州，他屯兵河桥，其时后唐骑兵沖击战阵；李肇埋伏的弩机手立刻发射，令唐骑军队不敢前进，引兵退去。他亦因功改封汉州刺史，驻守緜谷。不久，李肇回到成都，昭武留后赵廷隐再三让位给他，于是孟知祥命令他代守昭武留后。长兴三