唐昭宗正式任命王珂为河中节度使，并封李克用为晋王。
乾宁四年，王珙在朱温的支持下，再次攻打王珂。李嗣昭时任衙内都将，率两千骑兵援救王珂。李嗣昭在胡壁堡大败朱温军队，生擒梁将滑礼，因功加授检校仆射。不久，王珂前往太原，迎娶李克用之女，李嗣昭则奉命留守河中。
光化元年，李嗣昭兵出马岭关，攻打邢州、洺州。一开始李嗣昭被梁将葛从周击败于张公桥，被迫退入青山口。得到李嗣源率部来援之后，又反败为胜击退梁军。同年十二月，泽州刺史李罕之引兵入据潞州，背叛李克用投降朱温，被表奏为昭义节度使。随后，朱温遣军占据潞州，同时将李罕之调离昭义镇。
李嗣昭在含口大败梁军，擒获梁将蔡延恭，升任蕃汉马步都指挥使，乘胜进抵潞州城下。守将贺德伦闭城不战，李嗣源以铁骑日夜环城巡逻，使得梁军无法出城。梁军因粮草将尽，最后只得放弃潞州。光化三年，梁军攻打幽州镇辖下的沧州，幽州节度使刘仁恭向李克用求救。
李克用命李嗣昭攻打邢州、洺州，牵制梁军。李嗣昭在沙河大败梁军，乘胜攻取洺州，擒获刺史朱绍宗。朱温亲率三万大军进逼洺州。李嗣昭放弃洺州，退回河东，途经青山口时又被葛从周的伏兵击败。
天复元年，梁军攻破河中府，尽取河中镇所属州县，而后大举进击河东。梁军共分四路，氏叔琮出太行，葛从周出土门，张归霸出马岭关，侯言出阴地关。魏博都将张文恭、定州刺史王处直也出兵助战。六路大军合力进攻太原，泽州刺史李存璋弃城而逃。汾州刺史李瑭叛附梁军，潞州、辽州、承天军等地都被梁军攻取。梁军很快攻至太原城下。
李克用亲自上城指挥，趁大雨连绵，命李嗣昭、李嗣源等不时于夜间出击，袭杀梁军。当时，梁军兵马众多，粮草供给不足，士卒又多患疾病。朱温见太原一时难以攻取，只得命诸军撤退。
李嗣昭趁机与周德威率精骑追击，大败梁军，杀戮万余人。随后又与符存审攻打汾州，仅三日便攻破城池，擒杀李瑭。此战之后，梁军重新夺回昭义镇。朱温以丁会为昭义节度使，镇守潞州。李嗣昭又兵出阴地关，攻入河中镇，连取慈州、隰州。
当时，朱温正在发动凤翔之战，争夺对昭宗的控制权。李克用趁机攻打朱温，李嗣昭自沁州直趋晋州在晋州大败梁军。随后与周德威进屯蒲县，却因兵力不足被氏叔琮打得大败，只得退回河东。梁军乘胜夺回慈、隰、汾三州，进驻晋祠，再次围攻太原。
李克用恐惧异常，计划出走云州，李存信等则劝他投奔契丹。只有李嗣昭据理力争，以为不可，加之刘太妃也赞同李嗣昭的意见，李克用才中止出走。李嗣昭不分昼夜，每每以奇兵出击梁军，最后击退梁军。李嗣昭又收复汾、慈、隰诸州。在这期间，晋外无大国援助，内失数州。一年之中，孤城一再被困，最终得以渡过危机，李嗣昭拼力战敌的功劳最多。
天祐三年，李嗣昭