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十二月，李嗣源自鎮州入朝，莊宗竟讓諸軍馬步都虞候朱守殷對他進行監視。朱守殷暗中告誡李嗣源，稱他已到「德業振主者身危，功蓋天下者不賞」的地步，讓他早做打算。但他卻不為所動。當時，李嗣源常遭流言毀謗，幸有樞密使李紹宏為其開脫，方免遭殺害。
同光四年（926年）二月，魏博戍卒在貝州（治今河北清河）譁變，推趙在禮為首領，攻入鄴都。唐莊宗初命元行欽征討，但卻連連失利，只得起用李嗣源，讓他率從馬直（皇帝親軍番號）北上，會合元行欽平叛。三月，李嗣源抵達鄴都，駐紮於城西南，並定下攻城日期。從馬直卻在攻城前夜譁變，劫持李嗣源，聲稱要與鄴都叛軍合勢，擁其稱帝河北。
趙在禮率將校出城迎拜，將李嗣源迎入鄴都，但不許亂軍入城。李嗣源藉口收撫散兵，逃出鄴都，抵達魏縣。[24]他命牙將張虔釗前往元行欽營中，召其前來一同平亂。元行欽卻疑其有詐，率一萬步騎退至衛州（治今河南衛輝），誣奏李嗣源與叛軍合謀叛亂。
李嗣源初抵魏縣時，部下不滿百人，後召集霍彥威所部五千鎮州軍，才稍微恢復了些兵力。他欲返回成德藩鎮，等待皇帝降罪。但霍彥威、安重誨皆反對，建議他返回朝廷，向皇帝當面自辯。李嗣源遂率軍南歸，並數次上表申訴，向唐莊宗表明心跡，但皆被元行欽阻遏，未能上達。
當時，李嗣源長子李從璟正在洛陽禁軍效力，奉莊宗之命去招撫李嗣源，也被元行欽扣留在衛州。李嗣源疑懼不安，乃採納女婿石敬瑭的建議，決定攻取汴州，謀求自立。齊州防禦使王晏球、貝州刺史房知溫、北京右廂馬軍都指揮使安審通、平盧節度使符習皆擁戴李嗣源，率部前來與其會合。李嗣源兵力大增。
唐莊宗親自率軍東征，欲坐鎮汴州指揮平叛。他命龍驤指揮使姚彥溫率八百馬軍為前鋒，又命指揮使潘環率軍護衛糧草。姚彥溫、潘環皆投降李嗣源。這時，李嗣源已搶先占據汴州。莊宗知道局勢已不可挽回，行至萬勝鎮（在今河南中牟西北）便下令回師，倉皇返回洛陽。士卒沿途逃散過半。
他決定前往汜水關（在今河南滎陽西北），會合長子李繼岌統率的征蜀大軍，再聯兵進剿李嗣源。從馬直指揮使郭從謙突然發動叛亂，率所部攻入興教門。莊宗親率宿衛出戰，結果中流矢而死。當時洛陽大亂，通王李存確、雅王李存紀等宗室諸王皆逃散。朱守殷遣使到李嗣源軍中，請他速入京城，安定局面。
同年四月，李嗣源率軍入洛陽，命諸將平定京中亂勢。他讓百官各安其職，等待李繼岌回京繼位，並表示自己在安葬莊宗後便會歸藩成德。宰相豆盧革、韋說與樞密使李紹宏、張居翰率百官勸進，皆被拒絕，又改請李嗣源監國。李嗣源遂入居大內興聖宮，以監國的名義接受百官朝拜。
他任命石敬瑭為陝州留後，以防備征蜀大軍，同時命各地訪尋諸王。安重誨暗中派人殺死李存確、李存紀。申王李存渥、永王李存霸則被亂軍所殺，薛王李存禮、皇子李繼嵩、李繼潼、李繼蟾、李繼嶢皆不知所蹤。不久，魏王李繼岌在渭南自縊而死，征蜀大軍則在任圜的率領下歸附李嗣源。李嗣源稱帝的障礙被全部掃清。
天成元年（926年）四月二十日，李嗣源在西宮稱帝。他身穿斬衰之服，即位於李存勖的靈樞之前，以表示自己是合法繼承，而非篡奪。
當時，李嗣源年已六十，將朝政託付給樞密使安重誨、宰相任圜。任圜還兼任三司使，主掌國家財政。他選拔賢俊，杜絕私門，憂國如家，執政一年便使得「府庫充實，軍民皆足，朝綱粗立」。重誨是李嗣源的佐命功臣，雖盡忠職守，但恃功矜寵，擅作威福。他和任圜政見不合，議政之時經常意氣用事，甚至互相呵罵。
長興元年（930天成二年（927年），任圜被罷為太子少保，並請求致仕，退居磁州。同年十月，李嗣源欲巡幸汴州。當時朝野流言四起，有的稱皇帝準備東征淮南，還有的稱皇帝是要討滅藩鎮軍閥。
宣武軍節度使朱守殷心不自安，趁機在汴州發動叛亂，結果被范延光率軍平定。安重誨趁機誣陷任圜謀反，稱其與朱守殷勾結，並矯詔賜死任圜。李嗣源明知任圜冤死，卻未加追究。此後，安重誨更是權傾朝野，連皇子李從榮、李從厚都對他敬事不暇，唯獨忌憚河中節度使李從珂。他矯造詔書，唆使河中牙將楊彥溫尋機驅逐李從珂。
長興元年（930年），李從珂出城檢閱戰馬。楊彥溫趁機關閉城門，不許李從珂入城，逼其返回洛陽。李嗣源將李從珂召回朝中，同時命藥彥稠率軍討平楊彥溫。安重誨又唆使宰相論奏，追究李從珂失守之罪，想趁機除掉李從珂。李嗣源駁回了宰相的奏議，只命李從珂賦閒在家。
後來，禁軍將領李行德、張儉彈劾安重誨私募士卒，整械備裝，圖謀不軌。李嗣源雖以誣告之罪將李行德、張儉族誅，但也對安重誨起了猜忌之心，命范延光同任樞密使，以分散安重誨的權力。
長興二年（931年），安重誨被解除樞密使職務，外放為河中節度使，隨即又以太子太師之職致仕。後來，李嗣源又懷疑安重誨有異志，任命李從璋為河中節度使，讓他監督安重誨，並讓步軍指揮使藥彥稠率軍前往河中。李從璋率甲士包圍安重誨的府邸，用鐵撾擊殺安重誨夫婦。李嗣源又下詔為安重誨定罪。