晋王李克用去世的消息也传到了汴梁，可梁太祖朱温不大相信这个消息。他怀疑李克用是假死，可能正计划对潞州作战的梁军组织更大的进攻。而在梁、晋军交战前线，那位大梁的猛将李思安也正处在不利的形势中。潞州之战从公元907年五月康怀贞包围潞州打起已经历时七个月，中间又换了李思安为统帅，就是攻不下潞州。不但攻不下潞州，李思安手下还有四十几位将校阵亡，不少士兵逃亡，而周德威仍驻扎在余吾寨不时对梁军发动攻击。朱温决定撤回包围潞州的兵马，而且亲自去接应梁军后撤。他又下令匡国节度使刘知俊也带领兵马赶往泽州与自己会合。公元908年三月初六，朱温到达泽州，十日刘知俊也来到泽州。朱温任命刘知俊为潞州行营招讨使，并派人将李思安召到泽州，免掉了他的一切官职，发回原籍服苦役，并杀了监军杨敏贞。
其实这时在城内带兵死守的晋军大将李嗣昭也非常困难了，城内物质全部耗尽。李嗣昭本人也在一次上城慰劳士兵时中了梁军一箭，还好是伤在脚上。他偷偷拔出箭矢，仍是鼓励士兵坚守。朱温派人多次下诏劝李嗣昭投降，他斬来使焚书信，一意坚守。
朱温想撤回包围潞州的军队，与众将商议。诸将认为李克用已经死了，驻扎在余吾寨的周德威很快就会撤兵，潞州孤立无援，坚持一段时间一定能拿下潞州。李克用去世，李存勖继位，而周德威仍手握重兵在外，他与河东另一位主将李嗣昭又素有矛盾，晋王府中很多人担心周德威会不会忠于晋王李存勖。李存勖也有些担心，要知道在历史上正是许多手握重兵的将领趁机灭掉幼主自立为王的。李存勖于是下令让周德威从潞州撤军。周德威带领军队回到太原，命军队在城外扎营，自己独身一人进城到晋王府来见李存勖。进府以后他先到先王李克用灵前扶柩大哭，表情极为悲伤。然后去拜见晋王李存勖，态度极为恭谨，于是大家都对这位河东名将放了心。
周德威撤军的消息传到朱温的耳中，他这次真的相信李克用死了。朱温认为晋兵这一撤不会再发援军，只要留一部分军队包围潞州很快就会拿下潞州。朱温命大将符道昭、康怀贞继续留在潞州夹寨围困潞州，自己带领亲军回了大梁。他还担心关中空虚，把刚上任不久的刘知俊调回去守晋州。守卫夹寨的梁军士兵在潞州战斗了半年多，实在是兵困马乏。见到余吾寨晋军撤走，于是就放松了警惕，对夹寨的防卫也不再严紧了。
可晋王李存勖却牢记先王李克用的话，把打败梁兵解救李嗣昭为第一件大事。李存勖召集众将商议，他说：“上党是河东的屏障，没有上党就没有河东。朱温害怕的是先王，听说我继位，认为我是小孩子不懂军事，必定有矫傲轻视心理。如果我们发精兵兼程攻打梁军，出其不意，一定能战胜他们。取得威势，成就霸业在此一举，不可失掉机会啊！”张承业也赞成李存勖的看法，并劝他亲自出兵。
李存勖立即召集军队，并向歧王李茂贞及契丹王耶律阿保机发函请求支援。李茂贞年老财弱没有答应出兵，只是经过贿赂阿保机借来部分骑兵参战。开平二年（公元908年）四月二十四日，李存勖亲自带领军队，任命丁会为都招讨使，周德威为前部先锋，出发去攻打围攻潞州的梁军。
四月二十九日晋军来到黄碾，据上党（潞州首府）四十五里驻扎。五月初一晋军埋伏在三垂岗下，凌晨天降大雾，李存勖一声令下晋军直击梁兵夹寨。梁军毫无防备，竟然连岗哨都没设立，士兵还在睡觉。李存勖命令周德威带一路人马攻打梁军西北面，李嗣源带一路兵马攻打东北面，两路兵马趁大雾突然杀入梁军夹寨。梁军来不及集合队伍反抗，只听得战鼓震天，战马嘶鸣，喊杀声响成一片，全都惊慌逃跑。不一会梁军的营寨也被晋军点燃，到处是火光。梁军大将副招讨使符道昭战马被晋军射倒，死在乱军之中。这一战梁军大败，残兵败将纷纷向南逃去，有一万余梁兵死在战场之上，沿路丢弃的兵器、甲帐、粮草堆积如山。
周德威来到上党城下，呼喊李嗣昭，对他说：“先王李克用已经归天，现晋王李存勖带领兵马击退梁兵，请开城门让我们进城。”李嗣昭竟然不相信周德威的话，对周围士兵说：“这贼一定是投降了梁军，来此骗取我城池。”取箭欲射周德威。这时李存勖穿白衣重孝来到城下李嗣昭才打开城门与晋王李存勖相见。李嗣昭及守城众将知道了李克用去世的消息，一时间悲痛欲绝，大哭失声。
三垂岗一战杀得梁军丧胆，晋王李存勖一举扭转了对梁军作战的被动局面。清朝诗人严遂成写了一首歌颂李克用、李存勖父子英雄的诗，取名就叫《三垂岗》。
诗中写道：
英雄立马起沙陀，奈此朱梁跋扈何。只手难扶唐社稷，连城犹拥晋山河。
风云帐下奇儿在，鼓角灯下老泪多。萧瑟三垂岗下路，至今人唱百年歌。
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