同年闰四月末，后唐乘后梁西攻泽州（今山西晋城）之际，派名将李嗣源率精骑5000奔袭郓州（今山东东平），一昼夜驱驰200余里，次日清晨袭占郓州。
郓州失守后，后梁急忙重新启用勇将王彦章为帅，段凝为副帅，调集所有精兵10万北讨后唐。庄宗亲率唐军与梁军苦战于杨刘（今东阿北），后梁决黄河以阻挡唐军，但梁军主力6万余人也被隔在决河以北。王彦章进攻郓州时又为唐将李嗣源所败，十月初王彦章于中都县（今山东汶上）兵败被俘斩。后梁降将康延孝先已向庄宗建议分兵攻取梁都开封，此时再次要求进军开封。后唐诸将中只有李嗣源赞成此议，并提出乘后梁段凝所率主力远隔在决河以北，开封守卫空虚，唐军应连夜奔袭开封。庄宗即派李嗣源率前军于当夜进发，第六天（十月九日，923年11月19日）清晨到达开封城下后立即攻城，开封随即降唐，后梁亡。庄宗同日也到达开封，后梁末帝已于前一日自杀。
后唐灭梁后，迁都于洛京，后改称东都洛阳。以太原为北都，以唐代首都西京长安（今陕西西安）为西都，作为陪都。降后梁都城开封府为汴州。后梁时独立并一直与后梁作战的岐王李茂贞也向后唐称臣，被封为秦王。不久又放弃割据，凤翔（今属陕西）成为后唐的直接统治区。
但后梁的荆南（江陵府，今湖北江陵）节度使高季昌，虽也归附后唐，并为避唐讳改名高季兴，受封为南平王，但实际上却是割据一方。
后唐灭后梁，原先臣附于后梁的楚、吴越、南汉、闽诸国，转而臣附后唐，但前蜀和吴拒不称臣。后唐庄宗遂决定对前蜀和吴用兵。同光三年（925）九月，后唐以郭崇韬统兵6万讨伐前蜀，同年十一月灭前蜀。达到后唐全盛时期，统治有今河南、山东、山西三省，四川、重庆、河北、陕西等省市的大部，甘肃、宁夏、湖北、江苏、安徽等省的一部分。
由于后唐庄宗宠信伶官，平蜀主帅郭崇韬被谋害，在首都洛阳又诛杀郭崇韬党羽，致使文臣武将惊恐不安，故消灭前蜀以后无力南下攻吴。不久，后唐国势动乱。次年春，河北戍兵首先起兵，焚掠贝州（今河北南宫东南），占领邺都，河朔州县相继叛乱。名将李嗣源奉命征讨，但为部属劫持，河北相继归附李嗣源。庄宗亲自率军讨伐李嗣源，李嗣源进而占领汴州。四月，庄宗所率诸军离散，只得退回洛阳，亲军继又叛乱，煊赫一时的后唐庄宗中箭身亡。李嗣源到洛阳登位，是为后唐明宗。
后唐灭前蜀后，原前蜀统治区逐渐为后唐西川（治成都府，今四川成都）节度使孟知祥控制，明宗封孟知祥为蜀王。荆南高氏虽曾反唐，但随后即表示臣附，明宗也承认其割据如故。明宗虽对南方诸国大体采取和好相处的方针，但对直接统治的华北地区则加强皇权统治。
盘踞定州已近十年的节度使王都，名义上虽然臣附于后唐，但实际上是割据一方。明宗即位后略加制裁，王都即向契丹求援并准备与河北诸镇联合抗拒，以图重演唐代末年藩镇世袭割据状态。天成三年（928）五月，明宗命将征讨，首先攻占定州西关，继又大败王都与契丹联军于曲阳（今属河北）城南。七月，又大破契丹援军于唐河（今大清河上游之一）北，追击至易州（今易县），契丹军遂退走。次年正月，后唐攻克定州，制止了王都的分裂割据，加强了皇权。由于明宗时期局势稳定，很少发生战争，生产得到一定的恢复，连年丰收，加上明宗统治比较清明，是五代有名的“小康”时期。长兴四年（933）十一月明宗死，子李从厚即位，养子李从珂又起兵逐李从厚，登上皇位，是为后唐末帝。
