Đường Hy Tông
Trường An thất thủ, chạy đến Thành Đô

Đến mùa đông năm 879, do quân lính không quen với khí hậu ở vùng nhiệt đới.mà sinh bệnh, Hoàng Sào đã quyết định thay đổi chiến thuật và tiến về phía Bắc. Hoàng Sào tiến qua khu vực nay là tỉnh Hồ Nam, chuẩn bị đối đầu với quân Đường do Vương Đạc thống soái. Hoàng Sào đánh bại Lý Hệ (李係) tại Đàm châu. Vương Đạc khi đó đóng quân tại Giang Lăng, thấy tình thế bất lợi thì hoảng sợ và bỏ chạy, thuộc hạ của Vương là Lưu Hán Hoành cướp phá Giang Lăng và sau đó trở thành một thủ lĩnh nổi dậy độc lập. Tuy nhiên, quân Hoàng Sào đã bị chặn đứng trước các tướng khác của Đường là Lưu Cự Dung (劉巨容) và Cao Toàn Trinh (曹全晸) tại Giang Môn. Hoàng Sào buộc phải chạy trốn về phía đông, song đã tái tập hợp lực lượng ở khu vực Giang Tây ngày nay và chuẩn bị tiếp tục tiến về phía bắc.
Hoàng Sào đã có nhiều cuộc đụng độ dữ đội với quân của Hoài Nam Tiết độ sứ Cao Biền - người được Đường Hy Tông cho là Chư đạo Hành doanh Binh mã Đô thống, thống soái chiến dịch tiêu diệt Hoàng Sào, thay thế Vương Đạc. Lúc này có một học giả người Tân La là Thôi Trí Viễn đang phụng sự dưới trướng của Tiết độ sứ Hoài Nam Cao Biền. Thôi Trí Viễn đã biên soạn một lượng lớn công văn, trong đó có tác phẩm Hịch Hoàng Sào sách trứ danh, được đánh giá là một "kiệt tác của nghệ thuật hùng biện và văn phong". Theo sách Cô vân tiên sinh di sự, Hoàng Sào đã ngã lăn ra giường khi đọc được câu: "không chỉ người trong thiên hạ đều muốn giết ngươi mà ngay cả quỷ thần dưới đất cũng bàn cách để diệt ngươi" từ Hịch Hoàng Sào sách của Thôi Trí Viễn. Tài năng của Thôi Trí Viễn được Cao Biền cùng Đường Hy Tông đánh giá cao. Cũng chính vì thế mà Thôi Trí Viễn được Đường Hy Tông phong làm Lang thị Ngự sử trong cung, được phép mặc áo tía, đeo túi cá vàng.
Thuộc hạ của Cao Biền là Trương Lân (張璘) thoạt đầu giành được chiến thắng trước Hoàng Sào, song sau đó bị giết trong một cuộc giao tranh lớn vào mùa hè năm 880. Tinh thần của Cao Biền tiêu tan sau cái chết của Trương Lân, Hoàng Sào tiến về phía bắc, vượt Trường Giang và tiến vào vùng trung tâm của đế chế. Trước tình thế khẩn cấp, Đường Hy Tông đã ra chiếu chỉ lệnh cho quân lính từ các quân đến hội với Cao Biền ở Ân Thủy nhằm ngăn bước tiến của Hoàng Sào. Tuy nhiên, Hoàng Sào đánh bại Cao Biền, và sau khi xảy ra một cuộc binh biến ở Trung Vũ quân khiến Tiết độ sứ Tiết Năng thiệt mạng, tướng Đường phụ trách phòng thủ Ân Thủy là Tề Khắc Nhượng quyết định bỏ vị trí, khiến con đường đến đông đô Lạc Dương rộng mở với quân của Hoàng Sào.
Các trở ngại bị loại bỏ, Hoàng Sào tiến thẳng đến Lạc Dương, Lạc Dương nhanh chóng thất thủ. Đường Hy Tông và Điền Lệnh Tư lập ra một đội quân mới và giao cho Trương Thừa Phạm (張承範) thống soái, hội quân với Tề Khắc Nhượng tại Đồng Quan để ngăn Hoàng Sào tiến vào Quan Trung. Tuy nhiên, Đường Hy Tông và Điền Lệnh Tư cũng lập kế hoạch chạy đến Tây Xuyên. Ngay khi nhận được tin Hoàng Sào đánh bại Trương Thừa Phạm cùng Tề Khắc Nhượng, và đang nhanh chóng tiến về Trường An, Đường Hy Tông và Điền Lệnh Tư đã từ bỏ kinh thành và chạy đến Thành Đô, đến nơi vào đầu năm 881. Hoàng Sào tiến vào Trường An và xưng là Hoàng đế Đại Tề. Hoàng Sào đồ sát các thành viên Hoàng tộc Đường và một lượng lớn các quan lại cao cấp, song cố gắng duy trì cơ cấu triều đình trong một thời gian với hy vọng các tướng lĩnh và quan lại của Đường sẽ quay sang trung thành với ông ta.
Sau khi Trường An thất thủ, một số Tiết độ sứ, bao gồm Trịnh Điền, Vương Trọng Vinh, Vương Xử Tồn, Thác Bạt Tư Cung, Trình Tông Sở và Đường Hoằng Phu, hội quân gần Trường An và sau đó tiến công kinh thành. Vào mùa hè năm 881, Hoàng Sào đã từ bỏ Trường An trong một thời gian ngắn, song sau đó đã nhận ra rằng quân Đường tiến vào Trường An nên đã phản công và khiến quân Đường chịu thiệt hại nặng nề, buộc họ phải từ bỏ Trường An. Trong vài năm sau đó, Hoàng Sào vẫn không bị đánh bật khỏi Trường An, còn bản thân Đường Hy Tông không thực sự cố gắng tổ chức quân đội triều đình để thực hiện việc này. Cao Biền cũng không tiến hành nỗ lực nào để đánh bật Hoàng Sào, Đường Hy Tông vì thế đã cho Tể tướng Vương Đạc làm Chư đạo Hành doanh Đô thống, chỉ huy chiến dịch chống Hoàng Sào. Sau khi thất thế, Cao Biền thường xuyên nghe lời nịnh nọt, Thôi Trí Viễn cũng vì thế mà dần dần rơi vào lãng quên.