Dưới quyền Lý Hoài Tiên và Chu Hi Thải Chu Thao

Lúc bấy giờ Chu Hi Thải làm Thứ sử Bình châu, thấy Chu Thao là người cùng họ, nên rất tín nhiệm ông. Vào năm 768, Chu Hi Thải cùng anh em Chu Thao bàn kế hoạch giết hại Lý Hoài Tiên, giành quyền cai trị Lư Long, theo đó Chu Thao và Chu Thử vào dinh của Lý Hoài Tiên, giết các quân sĩ canh giữ, còn Chu Hi Thải đến sau, trực tiếp hạ sát Lý Hoài Tiên. Chu Thử nhát gan sợ việc định bỏ chạy. Chu Thao thuyết phục rằng

Nếu sự bại thì bọn chúng ta đường nào cũng phải chết cả, còn chạy trốn có ích gì. Sao bằng liều một phen.[6]

Chu Thử mới vững tâm. Kế hoạch thành công, quân nổi loạn giết Lý Hoài Tiên cùng gia thuộc, Chu Hi Thải tự xưng là Lưu hậu ở Lư Long, cuối năm đó triều đình đành phải công nhận. Chu Thao tiếp tục làm tướng dưới quyền Chu Hi Thải và rất được tin tưởng, giao quyền chỉ huy quân hộ vệ bên mình.

Từ khi làm Tiết độ sứ, Chu Hi Thải tàn bạo và khắc nghiệt, bị các tướng dưới quyền bất mãn. Năm 772, tướng Lý Hoài Viện[7] dẫn theo binh sĩ xông vào giết chết Chu Hi Thải. Thấy tình hình hỗn loạn, Chu Thao triệu tập các tướng lại rồi tuyên bố ủng hộ Chu Thử tiếp quản trấn Lư Long, các tướng bằng lòng. Do vậy, Chu Thử đang ở ngoài dinh được đón về tôn làm thủ lĩnh, rồi sai sứ đến triều đình thông báo. Triều đình chấp thuận, phong Chu Thử là Lư Long Tiết độ sứ, tước Hoài Ninh Quận vương.