李克用更是對聰明出衆的兒子李存勖寄予了厚望，把他當成了自己的驕傲。一次，李克用出徵凱旋，在上黨(今山西長治)三垂崗打獵，崗上有唐玄宗廟，李克用便在廟前置酒，聽伶人們演奏《百年歌》，唱到了老年時期，聲調極爲蒼涼悽苦，大家聽了心情都很沉悶。這時，李克用卻捋着鬍子指着身邊剛五歲的李存勖笑道：“老夫雖然壯志未酬，但二十年後，他肯定和我一樣在此地征戰，完成我的大業！”

天祐三年（906年），朱溫遣軍攻打滄州（本屬橫海鎮，時爲幽州鎮治下），幽州節度使劉仁恭遣使向李克用求救。李克用惱怒劉仁恭的反覆無常，不願發兵援助。李存勖卻道：“如今朱溫已佔據天下的九分之七，連魏博、成德等藩鎮也歸附於他，黃河以北能與之對抗的只剩下我晉和劉仁恭了。如果我們不救劉仁恭，形勢將會對我們更加不利。而若出兵援助，可使我晉重振雄風，萬不能因嫌怨而失此良機。”李克用遂遣軍攻取潞州（治今山西長治），迫使朱溫由滄州撤兵。

公元908年，李克用不幸生了毒瘡，眼看治不好了。他臨死時，拿出三枝箭，交給兒子李存勖，鄭重地囑咐他說：“樑朝是我的仇家，這你知道。燕王劉仁恭、劉守光父子是靠我的推薦擔任盧龍軍節度使據有幽州的，契丹的耶律阿保機曾經和我相約結爲兄弟，他們卻都背棄了我，歸順樑朝，跟我作對。這三件事，都是我遺留下來的恨事。如今給你三枝箭，你千萬別忘記你父親未了的心願！”李存勖接過了箭，答應一定給父親報仇。李克用一死，李存勖就繼承了他的爵位，做了晉王。他繼位以後，下令把這三枝箭供奉在宗廟裏。以後每次出兵作戰，他就派人去拿出這三枝箭，放在一個錦囊裏，讓人揹着，走在隊伍的前面，等到作戰回來，再放回宗廟。

李克用病逝，李存勖繼任河東節度使，襲封晉王，時年二十四歲。當時，李克用的養子李存顥、李存實等人自恃手握軍權，又年長於李存勖，對李存勖襲位非常不滿。他們有的稱病不朝，有的見而不拜，甚至慫恿叔父李克寧發動叛亂，意欲謀害李存勖，投降後梁。李存勖沉着應對，首先取得監軍張承業、大將李存璋等人的支持，而後搶先行動，在府中埋伏甲士，擒殺李克寧、李存顥等人，初步穩固了國內政局。

李克用死後不久，晉軍與樑軍對峙潞州，李存勖想立即出兵解圍，但是有人認爲服喪期間不宜出兵，李存勖則對衆人分析道：“敵人以爲我們正在服喪，肯定不會出兵作戰，況且又認爲我年輕，剛剛接替父親之位，肯定沒有治國能力，更不用說領兵打仗了。這樣，敵人一定會精神懈怠毫無防備，如果這時我們突發奇兵，先發制人，那一定會成功的。”

說服了衆人後，李存勖立即整軍出發，直撲潞州的樑軍。部隊出發後，路過三垂崗，李存勖不由得想起二十年前父親在此地飲酒所說的那番話，異常感慨，暗下決心要將樑軍徹底擊潰。趁着漫天濃霧，率領周德威等將領分兵直搗樑軍的營寨，樑軍果然毫無防備，被李存勖殺得丟盔棄甲，狼狽逃竄。這次奇襲成功大大挫敗了樑軍的銳氣。朱溫聞訊，驚訝得張大了嘴，半晌才擠出一句話來：“生兒子就應當生李亞子這樣的！李克用雖死猶生，我的兒子們與之相比，都是些豬狗之類無用的東西。”

不久，李存勖返回太原，犒賞軍士，而後開始整頓內政。他嚴肅軍紀、撫卹孤寡，任用賢才，懲治貪腐，寬緩刑罰，打擊盜賊，使得晉民俗大變，百姓歸心。

天祐七年（910年）十一月，朱溫遣軍三千進駐深州、冀州，企圖奪取成德、義武兩鎮。成德節度使王鎔、義武節度使王處直先後遣使向李存勖求援，表示願與晉國結成反樑同盟，共推李存勖爲盟主。李存勖力排衆議，毅然發兵相救。他親率晉軍東進，於是年十二月進至距離柏鄉五里處的野河（今滏陽河支流）北岸，與樑軍隔河對峙。天祐八年（911年）正月，李存勖命周德威率三百精騎到樑軍營前挑戰，激怒樑將王景仁，將樑軍誘至鄗邑以南的平原曠野地帶。他利用地形優勢，以逸待勞，在樑軍疲憊時率騎兵突擊，大破樑軍，俘獲樑軍將校二百八十五人，斬首二萬級。此戰，樑軍伏屍數十里，龍驤、神威、神捷等精銳禁軍全軍覆沒，王景仁、韓勍、李思安僅率數十騎連夜逃歸。成德鎮、義武鎮從此徹底倒向晉國。

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