923年，李存勖在魏州称帝（即后唐庄宗），以光复唐朝为号召建国号唐，史称后唐，不久又二度南征。梁将王彦章采取牵制郓州（山东东平）的方式，成功围堵唐军于杨刘（今山东东阿）附近。双方对峙良久，唐军军粮不足，有即将撤退的迹象。然而梁廷赵岩、张汉杰等人进谗言，使王彦章被撤换，后唐庄宗又率军经郓州迂回攻入空虚无兵的汴州。城破之日，后梁末帝无奈命皇甫麟杀死他，后梁亡。

后唐庄宗灭后梁后，定都洛阳。此时河北三镇已定，后唐国力强盛。岐国李茂贞对后唐称臣，后唐庄宗封他为秦王。公元924年李茂贞去世，后唐庄宗的长子李继岌担任凤翔节度使，正式吞并了岐国。前蜀王建在建国后注重农桑、兴修水利，使得前蜀在经济与军事都十分强盛。但918年王建去世后，其子王衍奢侈无度，残暴昏庸。925年后唐庄宗派郭崇韬、魏王李继岌率军攻入成都，王衍投降，前蜀灭亡。后唐对外强盛，但是内忧积重。后唐庄宗定都洛阳后，招回宦官以任枢要之职，任用李袭吉等保守派，一切与唐朝后期政治相同，朝政日益败坏。

后唐庄宗自认基业已固，不务政事，肆情纵欲，自取艺名“李天下”，宠信伶人敬新磨、伶官景进等人。当时军队庞大，国库吃紧，然而其妻刘皇后干预朝政、贪婪爱财，将税收一半归后宫，使得朝廷还要暂扣军粮以补其他支出，形成极大的隐忧，不久征蜀唐军即因故兵变。

郭崇韬虽然完成灭蜀任务，但李继岌对于不能深入参与军务而感到不满。他密报朝廷，意图陷害郭崇韬。后唐庄宗有意先调查再决定，但刘皇后自行命李继岌处决之。公元926年郭崇韬被杀，唐军军心涣散，兵变四起。刘皇后又不愿将自己的财物用于劳军，使局面更加恶化。不久，魏博军在赵在礼率领下于魏州（河北大名）叛乱，唐将李昭荣平定失败，后唐庄宗只好派李嗣源前往平定。李嗣源于魏州受部众与叛军拥护，反而率军南征后唐庄宗。各地唐军不愿为后唐庄宗作战，汴州与洛阳陆续被陷，后唐庄宗于内乱中流箭而死。

李嗣源攻入洛阳后杀尽叛臣而称帝，即后唐明宗，后唐庄宗的长子李继岌自杀于长安。后唐明宗执政期间革除后唐庄宗时的弊政，朝政逐渐安定。他诛除宦官，任用士人；撤销不少冗余机关，建立三司等财政机关；提倡节俭，兴修水利，关心百姓疾苦；加强中央军力，建立侍卫亲军以压制藩镇。这是五代少见的稳定时期之一，史家称后唐明宗是五代时期仅次于后周世宗的明君，他制定的一些制度也被宋朝所继承。然而到晚年后唐再度走入内乱。

933年后唐明宗重病，其子李从荣夺位被杀，幼子李从厚继位，即后唐闵帝。此时后唐明宗的两位大将养子李从珂任凤翔节度使、女婿石敬瑭任河东节度使，均拥重兵。宰相朱弘昭、冯赟本想以调动节度使的方式来分离军权，反而激起叛变。公元934年李从珂以清君侧为由攻入洛阳，后唐闵帝在逃往魏州途中被石敬瑭俘虏，最后被李从珂所杀。李从珂称帝，即后唐末帝。内乱期间发生后蜀独立之事。原来在前蜀灭亡后，后唐庄宗以孟知祥为西川节度使。不久后唐明宗叛变夺位，孟知祥练兵意图独立。