且說朱溫帶領汴軍大隊人馬回到汴州，不過幾日。忽有小校報來說是鎮州使臣周式求見。朱溫不知周式為什麼隨後來到汴州，急忙命中軍請進周式。周式走進府衙向朱溫說明來意，朱溫不禁點頭稱是。
原來朱溫與鎮州王鎔訂立盟約，兩方修好，共同防禦李克用。這時王鎔帳下成德判官張澤就對王鎔說：“河東兵強馬壯，我們雖然有朱溫做後盾，但河東離我們近，而汴州離我們遠，譬如火發於家，怎能靠遠水來救呢？現在幽、滄、易、定仍歸附河東，不如說服朱公乘勝勢把他們都打服了，四鎮合一，就可以抵抗李克用了。”王鎔聽了深以為然，於是派周式請朱溫不要罷兵，繼續進攻河北幽、滄、易、定各州。朱溫本意就是要吞並河北，聽周式說完，正中下懷，於是決定再戰河北。
公元900年九月末，朱溫派張存敬會同魏博軍北上攻打劉仁恭。九月29日拔瀛州（河北河間），十月二日拿下景州（今河北衡水市景縣）生擒刺史劉仁霸，十月七日攻克莫州（河北任丘）。張存敬不愧是汴軍一位勇將，一口氣攻下盧龍和義昌軍的二十餘座城池。張存敬帶兵來到了瓦橋（屬今河北雄縣），正要向北攻打幽州，這時突然連降大雨，道路泥濘，接朱溫命令西攻易州和定州。公元900年十月二十七日張存敬攻下了其祁州（今河北安國市）刺史楊約被殺。
張存敬大軍攻打定州，義武軍節度使王郜派他的叔叔後院都知兵馬使王處直出去抵擋汴州兵馬。王處直建議依城設寨，待敵軍疲憊時再出戰。而孔目官梁汶卻對王鎔說：“昔日幽、鎮軍三十萬攻我，當時我軍不滿五千，我們都能戰而勝之。現在汴軍隻有三萬，我軍十倍於敵，為什麼要示弱呢？不用擁城自固，直接攻擊好了。”王郜采納了梁汶的意見，派王處直到沙河與張存敬列開陣勢對戰，結果易定兵大敗，死傷過半，殘兵敗將保著王處直逃進定州城。十月三十日，王郜見勢不妙逃出定州，跑到晉陽去找李克用了，留下王處直為留後。
張存敬圍攻定州，當年十一月十二日朱溫也來到定州城下。王處直在城樓之上看見朱溫，便在城上對朱溫喊話。他說道：“本道事朝廷盡忠，於朱公也不曾相犯，為何今日發兵攻打我們呢？”朱溫指責說：“你們為何依附河東，與李克用那廝勾連？”王處直答道：“我兄長王處存與李克用在剿滅黃巢時同時立功，皇上給我們的封地相連，再加上我兩家曾經通婚，有些往來也是正常。從今以後我們願改弦更張，歸附大梁可否？”朱溫答應了王處直的請求，與王處直訂立了城下之盟，撤去了包圍定州的兵馬。王處直把主戰派梁汶全家處死，把所有的罪名都安在他身上。朱溫為了收服王處直，也為王處直上表給昭宗李曄求取旌節，推薦他為義武軍節度使。
盧龍節度使劉仁恭不知王處直已經投降了汴軍，派他的兒子劉守文帶兵來救定州，在易水之上。朱溫派張存敬偷襲幽州軍大營，消滅幽州兵六萬多人，劉仁恭也不得不派人到朱溫大營講和，表示歸附大梁。
王郜見到李克用請求李克用發兵救援定州，李克用還是采用老辦法，圍魏救趙不和梁軍的主力相戰，而是派李嗣昭帶步騎三萬出太行山去攻打懷州（今河南沁陽）和河陽（今河南孟州）。李嗣昭順利攻下懷州，圍攻河陽，河陽留後侯言沒想到晉兵會打河陽，進退失據，丟掉了河陽外圍的羊馬城（古時為防禦外敵而在城外修建的類似城圈的工事）。多虧佑國將軍閻寶帶兵及時趕到，在城外與河東軍激戰，才殺退李嗣昭，保住了河陽。
朱溫攻打河北諸鎮大獲全勝，雖然沒有真正滅掉幽、鎮、定、易，兼並其地，但是迫使四鎮軍閥不敢再接近李克用，不敢再與汴軍作對，徹底孤立了河東李克用，為下一步進軍河中和河東做好了準備。
這一天朱溫正在定州營中與眾將議事，突然收到長安密報，唐朝廷出了大事。昭宗李曄被廢黜，太監幹政，擁立太子，惑亂朝綱。朱溫決定收兵回汴州，要商議長安救駕。