黄巢又派遣朱温驻守长安西面的兴平，命令他阻击从邠、岐、鄜、夏等州来的唐军，这次战役朱温又取得了胜利。在之后的战役中，朱温凭借自己的能力不断地取得胜利。就这样五年的军旅生活之后，朱温从一个毛头小子变成和黄巢完成“大齐政权”的重要功臣。
中和二年（公元882年）正月，起义军被困长安，当时黄巢任命朱温为同州刺史，原本这是一件值得庆祝的事，但事实是，那时的同州城并不在黄巢的统治之下，朱温如果想走马上任就必须亲自去攻打那里，所以黄巢的任命其实是一纸空文。
万般无奈的朱温只得自己带兵向同州进军，恰巧当时负责镇守同州的守将竟然不战而逃，将同州拱手让给了朱温。与同州一河之隔的地方是河中节度使王重荣的驻地，与朱温相似，王重荣也是一个首鼠两端之辈，他曾投降过起义军，后来当僖宗在四川要求各地将领围攻起义军时，他为了自保再一次投降了朝廷。
在和王重荣斗争的过程中，朱温经常因为兵力不足而吃亏。在多次战败之后，万般无奈的朱温只能选择向黄巢求助，但是他的求援信却被当时主管军务的孟楷扣压下来。面对这种情况，朱温束手无策，朱温的一位谋士谢瞳趁机进言说：“黄家起于草莽，幸唐衰乱，直投其隙而取之尔，非有功德兴王之业也，此岂足与共成事哉？今天子在蜀，诸镇之兵日集，以谋兴复，是唐德未厌于人也。且将军力战于外，而庸人制之于内，此章邯所以背秦而归楚也。”劝说朱温背叛前景无光的黄巢，改投朝廷。
对于谢瞳的话，朱温感到非常有道理，这些话切中朱温真实的心意。为了实现自己的目标，为了抓住更好的机会，在一番思索之后，朱温杀了黄巢的监军使严实，带领自己的部队投降了王重荣。
对于朱温的这次投降，唐军的士气得到了极大的鼓舞，当唐僖宗得知朱温投降之后，他自认为终于找到了平息黄巢之乱的良策，对李唐王朝来说，朱温的投降是上天赐予他的机会。在他看来，朱温就是他复兴祖业的希望。于是僖宗任命朱温为同华节度使，没过多久，又将他升任为右金吾大将军、河中行营招讨副使，同时，皇帝亲自为他赐名为“全忠”。那时的唐僖宗完全没想到这个朱全忠竟然是唐王朝的终结者。
这一年的十二月，河中节度使王重荣与行营都监杨复光成功地招降了骁勇善战的李克用，他们许给李克用的官职就是雁门节度使，李克用同时还兼任了东北面行营都统，从此讨伐黄巢的责任就从朱全忠的身上转移到了李克用的身上。
中和三年（公元883年），黄巢的军队在李克用和朱全忠的围攻下被迫撤出长安，他们逃入了商山，四月初八那一天，李克用第一个从光泰门攻进了长安。面对他强劲的进攻，黄巢只能在焚烧宫室之后逃亡。
光复长安的功绩使得朱全忠被任命为宣武节度使、兼东北面都招讨使，李克用也因此被任命为河东节度使，他们和忠武节度使周岌、武宁节度使时溥等人形成了围攻合流的形势，一起围捕黄巢的起义军。这时的黄巢军虽然已经是强弩之末，但是在奉国节度使秦宗权投降黄巢之后，起义军又一次取得了优势，他们到处烧杀抢掠。面对黄巢军强势的进攻，朱全忠、周岌与时溥等人倾尽全力才勉强包围了起义军，仅仅能够和起义军僵持着，完全无法取得胜利。万般无奈之下，朱全忠只能向李克用求援。
中和四年（公元884年）二月，万般无奈的朱全忠等人只能请求李克用来救援他们，在他们的请求下李克用带领军队渡过了黄河。在多重军队的围攻下，被逼无奈的黄巢只能转战到了山东。中和四年（公元884年）三月，朱全忠在王满渡大败了黄巢的军队。这时的黄巢军队已经处于分崩离析的境地，他手下的李谠、葛从周、杨能、霍存、张归霸、张归厚、张归弁等人都纷纷投降了朱全忠，面对这种局面，黄巢只能带领剩下的部队向东北逃去，不幸的是，他们又在封丘遭遇了李克用，腹背受敌的黄巢军队仅剩下几千人，他们在瓢泼大雨中，艰难地行进。
李克用的到来使得局面发生了巨大的转变，他们打败了黄巢的军队，将起义军逼迫到了兖州。取得了巨大胜利的李克用本想乘胜追击，但是因为连日征战使得士兵们十分疲惫，同时行军的粮草也十分匮乏，万般无奈之下，李克用只能率兵回到了汴州，他没有进城，只是在城外安营扎寨，本打算简单休息一下再继续追击。
六月十五日，武宁节度使时溥派李师悦带领万名官兵和降将尚让一起追击黄巢军队，六月十七日，黄巢的军队被逼入了泰山，这之后关于黄巢的去向有很多传说，有人说黄巢死在了泰山，比如《新唐书·黄巢传》中就有这样的记载：“巢计蹙，谓林言曰：若取吾首献天子，可得富贵，毋为他人利。言，巢甥也，不忍；巢乃自刎。”
也有人说，其实黄巢并没有死，这一切都是人们为了保护黄巢用的障眼法，邵博在《河南邵氏闻见后录》中指出，“唐史中和四年六月，时溥以黄巢首上行在者，伪也。东西两都父老相传，黄巢实不死，其为尚让所急，陷泰山狼虎谷，乃自髡为僧，得脱，往投河南尹张全义，故巢党也，各不敢识，但作南禅寺以言之。”陶榖爱《五代乱离记》中也有类似的说法，“黄巢遁免，后祝发为浮屠，有诗云；三十年前草上飞，铁衣着尽着僧衣，天津桥上无人问，独倚危栏看落晖。”
但是不管怎么说，自此以后黄巢就离开了历史舞台，其儿子黄皓带领剩下的部队到处流浪，被称为“浪荡军”。这支军队在昭宗天复初年，被湘阴土豪邓进思所斩杀。至此黄巢起义正式结束，唐末农民起义也随之结束。在不久的将来，整个唐氏王朝也不复存在。
在李克用追击黄巢大捷之后，还有过这样的一段插曲：面对连战皆胜的李克用军队，留在汴州城内的朱全忠心中百转千回，朱全忠在汴州城看着李克用的沙陀军队，他感叹这不愧是一支骁勇善战的部队。但是一想到自己投奔了李唐，现在军功却全被李克用夺去，长此下去，自己将无法和李克用争夺权势。朱全忠知道，作为降臣，如果不能取得军功，将再无机会得到唐王室的信任，也就失去了当初背叛黄巢的意义，于是他坚定了要和李克用拼个你死我活的决心。
为了得到主动权，朱全忠决定要先下手为强。中和四年（公元884年）五月十四日，朱全忠发请帖热情地邀请李克用来参加宴会，把原本打算即日出发的李克用硬是弄进了汴州城内，他将李克用安排进了上源驿的高级处所，为招待他朱全忠举办了一场盛大的宴会。
可以说朱全忠的这场宴席是一场地道的鸿门宴，在宴会上朱全忠对李克用十分礼遇，即使李克用一直神情倨傲、盛气凌人地对待朱全忠，朱全忠也十分谦恭、谦卑。席间他一直赔笑，不停地向李克用敬酒，没过多久，李克用就喝得酩酊大醉了，这时朱全忠向自己的心腹大将杨彦洪使了个眼色。杨彦洪早就知道了朱全忠的意图，他乘人不备悄悄地离开了宴席。
这场酒宴一直到黄昏才结束，李克用已经醉得不省人事了，只能在手下的搀扶下，勉强地站起来。就在此时李克用的四周突然响起了震耳欲聋的喊杀声，朱全忠的军队全副武装地降临到李克用等人的面前，纷纷涌进宴会厅，持刀砍向李克用等人。面对这种场面，李克用的亲兵们一下子酒醒了，他们奋力抵抗，但是李克用依然不省人事，士兵们只能用冷水浇醒他。
清醒后的李克用，直到这时才弄清楚朱全忠的用心，他拖着沉重的身体慌忙抵抗，而朱全忠则指挥士兵放火包围李克用等人。李克用手下的士兵们将李克用围在中间翻过院墙，拼尽全力为李克用杀出一条血路，在朱全忠的枪林箭雨中成功突围。
当李克用一行人来到汴州城的南门时，城门紧闭无法入城，李克用的亲兵们用绳索将他放到了城外，这才帮助他逃离了朱全忠的追杀。但是就在这一天，李克用失去了和他一起进城的三百多名亲兵以及监军宦官陈景思，他们都是他的心腹，这个仇恨一直埋藏在了李克用的心中。
就这样朱全忠为自己树立了一个死敌，在李氏王朝最后的二十多年里他们一直处于对立的关系，并且这种仇恨一直延续到了他们的后代，这也就是后来五代时期后唐与后梁之间连年征战的原因。
