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石敬瑭回去之後，更是小心防範，其妻李氏有次回去參加李從珂的生日宴會，想早點回來，李從珂卻醉醺醺地對她說：「這麼著急回去，是不是要和石郎造反呀？」李氏回來告訴了石敬瑭，這使石敬瑭更加相信李從珂對他疑心很重，因為酒後人常說些平時不想說的話。從此石敬瑭就開始為以後做充分的準備。一方面在首都的來客面前裝出一副病態，說自己沒有精力治理地方政務，以此來麻痹李從珂；另一方面，他幾次以契丹侵擾邊境為名，向李從珂要大批軍糧，說是屯積以防敵入侵，實際是為以後打算。李從珂被他蒙在鼓裡，屢次上當，但石敬瑭的部下卻看了出來，在朝廷派人慰勞將士時，有的人就高呼萬歲，想擁立石敬瑭做皇帝以功邀賞。石敬瑭害怕事情泄露，就將領頭的將士共三十六人殺死。
為防止以後有變時措手不及，石敬瑭決定試探李從珂，就上書假裝辭去馬步兵總管的職務，讓他到別的地方任節度使，如果李從珂同意就證明懷疑自己，如果安撫讓他留任說明李從珂對他沒有加害之心。但李從珂卻聽從了大臣薛文通的主意，薛文通說：「河東調動也要反，不調動也會反，時間不會太長，不如先下手為強。」李從珂就下令派石敬瑭去他處任節度使，這下刺激得石敬瑭慌不擇路地勾結契丹做了兒皇帝，從此留下百世罵名。
石敬瑭先裝病不走，然後又要求李從珂讓位給李嗣源的親生兒子李從益，說李從珂是養子，不應該繼承皇位。李從珂就下令罷免石敬瑭的所有官職，然後派兵討伐，命張敬達領兵攻打太原。
石敬瑭早有計劃，見兵臨城下，自己又力量不足，就計劃向契丹皇帝耶律德光求救，並向其許諾：割讓幽雲十六州給契丹，每年進貢大批財物，以兒國自稱。 劉知遠（即後漢高祖）認為條件太屈辱，沒有必要許諾這麼多，但石敬瑭在桑維瀚的支持下一意孤行。
正愁沒機會南下的耶律德光喜出望外，立即領兵來救石敬瑭，最後大敗後唐軍隊。後晉天福元年（936年）十一月，遼太宗耶律德光冊石敬瑭為皇帝，改元天福，國號晉，契丹主自解衣冠授之。石敬瑭遂即位於柳林（今山西太原市東南）。 石敬瑭則將幽雲十六州，即今天的河北和山西北部的大片領土割讓給了契丹。十六州是：幽（今北京市）、薊（今天津薊縣）、瀛（今河北河間）、莫（今河北任丘）、涿（今河北涿縣）、檀（今北京密雲）、順（今北京順義）、新（今河北涿鹿）、媯（音歸，原屬北京懷來，今已被官廳水庫所淹）、儒（今北京延慶）、武（今河北宣化）、蔚（今山西靈丘）、雲（今山西大同）、應（今山西應縣）、寰（今山西朔縣東馬邑鎮）、朔（今山西朔縣）。 石敬瑭稱比他小十歲的耶律德光為父皇帝，再每年進奉帛三十萬匹。被後人所譴責的主要是割讓土地，不僅使中原失去大片領土，而且使契丹輕易占領了長城一帶的顯要地區，此後，契丹便可以長驅直入直到黃河流域，中間沒有了抵抗的天然屏障，為中原人民帶來了無窮的災難。實際丟的不僅有16州，李嗣源統治時期丟了平州，寧州和營州在後唐滅後梁之戰時被契丹趁機奪取。此外後晉杜重威投降後，耶律德光派耿崇美誘降，易州刺史郭固被殺，易州也被契丹占領。
對此種認賊作父、賣國求榮的行徑，連其親信都押牙劉知遠也表示反對說：稱臣可矣，以父事之太過，厚以金帛賂之，自足致兵，不必許其土田，恐異日大為中國之患，悔之無及。然石敬瑭不從，仍一意孤行。契丹主耶律德光得表大喜，以兵援之，大敗後唐張敬達。
石敬瑭稱帝後，很守「信用」，割幽雲十六州給契丹，承諾每年給契丹布帛30萬匹。幽雲十六州乃北部天然屏障，至此中原完全暴露在契丹鐵蹄之下。
石敬瑭在太原柳林（現太原市小店區劉家堡鄉西柳林村，俗稱柳林莊）稱帝伊始，盧龍節度使北平王趙德鈞，厚以金帛賄賂契丹，亦欲倚仗契丹以取中原，仍許石敬瑭鎮河東。契丹主因當時困難重重，欲許趙德鈞之請。石敬瑭聞訊大為驚懼，急令掌書記官桑維翰見契丹主。桑維翰跪於契丹主帳前，自旦至暮，涕泣不立，苦苦哀求契丹放棄趙德鈞之請。契丹主從之，並說桑維翰對石敬瑭忠心不二，應該做宰相。石敬瑭遂以桑維翰為中書侍郎，同平章事。
同月，石敬瑭攻入洛陽，後唐亡。後晉天福二年（937年），車駕入汴州， 翌年（938年），升汴州為東京開封府。時晉朝新得天下，藩鎮多未服從，兵火甚多，府庫空虛，民間貧窮，但契丹仍貪求無厭。為解決財政危機、鞏固政權，石敬瑭採納了桑維翰的建議，推誠棄怨，以撫藩鎮；訓卒繕兵，以修武備；務農桑，以實倉庫；通商賈，以事貨財；卑辭厚禮，以事契丹。
石敬瑭對於契丹百依百順，非常謹慎，每次書信皆用表，以此表示君臣有別，稱太宗為「父皇帝」，自稱「臣」，為「兒皇帝」。每當契丹使臣至，便拜受詔敕，除歲輸30萬布帛外，每逢吉凶慶弔之事便不時贈送好奇之物，以致贈送玩好奇異的車隊相繼以道。
石敬瑭雖推誠以撫藩鎮，但藩鎮仍不服，尤恥臣於契丹。大同節度使判官吳巒，閉城不受契丹命。應州指揮使郭崇威，挺身南歸。
後普天福二年（937年），天雄節度使范廷光反於魏州，石敬瑭令東都巡檢張從賓討伐，但張從賓與之同反。繼而渭州也發生兵變。是年，契丹改國號「大遼」。侍衛將軍楊光遠自恃重兵，干預朝政，屢有抗奏。石敬瑭常屈意服從之。後晉天福四年（940年），楊光遠擅殺范廷光，石敬瑭因畏懼楊光遠，以致不敢法問。