唐昭宗从石门回到京师，便招募军队，让宗室之人统辖，李茂贞认为唐昭宗是在防备自己，于是又领兵进攻长安，唐昭宗刚招募的军队不堪一击，还没有见到李茂贞的军队便做鸟兽散了。唐昭宗只好又出逃，投奔华州的韩建。
李茂贞进入长安，纵兵大加抢掠，将许多宫殿付之一炬，在韩建的调停下，李茂贞不但没有被加罪，反而加封为岐王，并拜尚书令。唐昭宗回到长安，又被宦官们控制起来。李茂贞升陇州防御使为保胜军节度使，仅辖陇州一州，朱全忠命汴将孔勍攻取陇州。李茂贞又重新据之，以假子李继岌任节度使。
宰相崔胤想借朱温的力量诛杀宦官，大宦官韩全诲则和李茂贞联合，请来李茂贞的几千兵马驻守京城，保护长安。李茂贞派他的儿子李继筠以数千兵保卫京师，宦官们依仗着有岐王的军队，更加骄横难以节制。
朱温篡唐，建立后梁。李茂贞仍用唐昭宗天复年号，以示与后梁对抗。并联合王建和李克用写了讨伐朱温的檄文，声称要兴师问罪，但这也仅仅是虚张声势，大家各有打算，联合出兵的事也没有了下文。李茂贞没有出兵讨伐朱温，诸侯中的强者皆先后称帝，唯独李茂贞没有，还是只称岐王，开府设置百官，以其所居为宫殿，其妻称皇后，各种仪仗都跟皇帝一样，仅此而已。
李继徽为其子李彦鲁毒死，李彦鲁自为留后。李继徽假子李保衡又杀李彦鲁，自称留后，并以邠宁降梁。李茂贞派彰义节度使刘知俊率军夺回宁州，进围邠州，但梁署节度使霍彦威全力固守，岐军围攻半年不克。刘知俊降蜀后，李茂贞又以长子李从曮继镇泾原。
蜀主王建伐岐，进击陇州，李继岌率众弃城降蜀。李茂贞遂废保胜军，将陇州并隶凤翔镇。李从曮袭任凤翔节度使，李茂贞二子李从昶出任泾州两使留后。后唐庄宗正式任命李从昶为泾州节度使，继续承认凤翔李氏对泾原的控制，直至李从昶奉诏移镇华州。至此，李茂贞父子统治泾原已达三十年余。
之后，陇州在李茂贞父子的统治下，直至李从曮移镇，占据达四十三年之，然而因实力大不如前，之后的十余年间，李茂贞屡为河东、后梁和王建所建立的前蜀所败。到后梁的末年，他的领地只剩下了七个州。
后唐灭掉后梁，李茂贞以叔父的名义给李存勖写了封信，祝贺他攻占开封。等李存勖定都洛阳后，他心里很不安，上表称臣，又让儿子李从曮去朝见李存勖。李存勖因为他是旧朝的元老，对他很尊敬，仍让他任旧官职，改封他为秦王。李茂贞病时，李存勖还派人去给他送药慰问，封秦王后时间不长，李茂贞便与世长辞了，终年六十九岁，谥曰忠敬。
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