以李存信为蕃，汉马步军都指挥使，要李存孝作配合迎战镇州，幽州联军。李存孝一向打主力，主帅的任命令他非常不满。他按兵不动，令李存信无可奈何，河东军和联军的战斗一时处于胶着状态。李克用改派李嗣勋，才扭转战局，大败联军，斩敌三万，保住尧山。
李存信亦为十三太保成员之一，聪敏多计，少善骑射，能四夷语，通六蕃书。虽比李存孝年纪小四五岁，却通人情，懂世故，很得李克用欢心。
尧山之战，李克用尚未追究责任，李存信先自我辩白：“存孝有二心，常避赵不击。”李存孝不愿向主帅自证清白，更厌恶李存信小人嘴脸，决定自立。
唐景福元年（公元892年）十月，他派人通款成德军节度使王榕，宣武军节度使朱温，倚为后援，再上表长安，请以邢州，洺州，磁州三州归复朝廷。唐昭宗大喜，诏命李存孝为邢洺磁三州节度使，正式成为一藩诸侯。
李克用惊闻李存孝叛变，反思自己对他的凉薄，几天几夜难以入眠。