Năm 922, Lý Tồn Úc xưng là hoàng đế, lập nước Hậu Đường. Tuy nhiên, đương thời Hậu Đường phải chịu áp lực quân sự đến từ Hậu Lương và Khiết Đan, cung ứng thực phẩm và sĩ khí của quân đội ở mức thấp. Vào lúc này, đại quân của Hậu Lương nằm dưới quyền chỉ huy của Thiên Bình[c 5] tiết độ sứ Đái Tư Viễn, Đái Tư Viễn để Lư Thuận Mật (盧順密), Lưu Toại Nghiêm (劉遂嚴), và Yến Ngung (燕顒) ở lại trấn thủ Vận châu[c 6], thủ phủ của Thiên Bình. Tuy nhiên, không lâu sau khi Lý Tồn Úc xưng đế, Lư Thuận Mật trốn thoát sang Hậu Đường và tiết lộ rằng Vận châu chỉ có dưới 1.000 lính phòng vệ, và rằng Lưu Toại Nghiêm và Yến Ngung mất lòng binh sĩ, Hậu Đường có thể tập kích để đoạt lấy. Do Vận châu nằm sâu trong lãnh thổ Hậu Lương ở Hà Nam, hầu hết tướng của Hậu Đường Trang Tông, gồm cả Xu mật sứ Quách Sùng Thao, phản đối đề xuất của Lư Thuận Mật, cho rằng điều này nguy hiểm và vô ích. Tuy nhiên, Lý Tự Nguyên vì muốn lập công để khôi phục quan hệ với Trang Tông, do vậy đề xuất để mình đảm đương nhiệm vụ. Trang Tông chấp thuận, và đến ngày Nhâm Dần (28) tháng 4 nhuận năm Quý Mùi (15 tháng 6 năm 923) cho Lý Tự Nguyên đem theo 5.000 tinh binh từ Đức Thắng đến Vận châu, lợi dung ban đêm nhanh chóng tiến quân. Quân của Lý Tự Nguyên đến dưới thành mà người Vận châu không biết, Lý Tùng Kha cầm quân tiền phong trèo lên tường thành. Sau khi Lý Tự Nguyên chiếm được thành Vận châu, người này được Trang Tông bổ nhiệm làm Thiên Bình tiết độ sứ và giữ thành trong vài tháng, quân Hậu Lương (đương thời dưới quyền Vương Ngạn Chương) thất bại trong việc cắt đường tiếp tế giữa Vận châu với lãnh thổ còn lại của Hậu Đường.[14]

Hoàng đế Hậu Lương là Chu Hữu Trinh sau đó quyết định cho Đoàn Ngưng thay thế Vương Ngạn Chương, Đoàn Ngưng vượt Hoàng Hà và tiến đến Thiền châu[c 7] và chuẩn bị một chiến dịch tấn công Hậu Đường:[14]

1. Đổng Chương tiến hướng đến Thái Nguyên.
2. Hoắc Ngạn Uy tiến hướng đến Trấn châu[c 8].
3. Vương Ngạn Chương và Trương Hán Kiệt (張漢傑) tiến hướng đến Vận châu.
4. Đoàn Ngưng cùng với Đỗ Yến Cầu sẽ đối đầu với Hậu Đường Trang Tông.

Tháng 9 ÂL, Vương Ngạn Chương dẫn binh vượt sông Vấn, tương công Vận châu, Lý Tự Nguyên khiển Lý Tùng Kha đem kỵ binh nghịch chiến, đánh bại quân tiền phong của Hậu Lương, bắt được 300 tướng sĩ, giết được 200 người, khiến Vương Ngạn Chương phải triệt thoái về giữ Trung Đô[c 9]. Hậu Đường Trang Tông thêm quyết tâm sau chiến thắng của Lý Tùng Kha, sau đó đánh vào sườn quân Đoàn Ngưng và tiến đến Vận châu để hội quân với Lý Tự Nguyên. Sau đó, quân Hậu Đường tiến công Trung Đô, đánh bại và bắt được Vương Ngạn Chương và Trương Hán Kiệt, sau đó tiến thẳng về kinh thành của Hậu Lương. Hoàng đế Chu Trấn của Hậu Lương thấy không còn hy vọng nên tự sát vào ngày 18 tháng 11, Hậu Lương diệt vong. Hậu Đường Trang Tông tiến vào Đại Lương và nói với Lý Tự Nguyên, "Ta có Thiên hạ cũng là nhờ công của cha con khanh, cùng các ngươi chung hưởng thiên hạ." Trang Tông sau Lý Tùng Kha đi chiếm vị trí tại Phong Khâu[c 10], có vẻ do lo sợ rằng Đoàn Ngưng và Đỗ Yến Cầu có thể tiếp tục kháng cự, song hai người này sau đó lần lượt đến Phong Khâu và đầu hàng Lý Tùng Kha.[14]

Ngáy Ất Tị (7) tháng 3 năm Giáp Thân (13 tháng 4 năm 924), do Khiết Đan xâm phạm, Bắc Kinh (tức Thái Nguyên) tả sương mã quân chỉ huy sứ Lý Tùng Kha cùng Hoành Hải[c 11] tiết độ sứ Lý Thiệu Bân chỉ huy kỵ binh phòng thủ. Ngày Đinh Dậu (5) tháng 3 năm Ất Dậu (31 tháng 3 năm 925), Lý Tự Nguyên dâng biểu xin cho Vệ châu[c 12] thứ sử Lý Tùng Kha được làm Bắc Kinh nội nha mã bộ đô chỉ huy sứ để được gần gia đình, tuy nhiên Hậu Đường Trang Tông tức giận cho là Tự Nguyên quá cả gan, truất Lý Tùng Kha làm Đột kỵ chỉ huy sứ, chỉ huy vài trăm người phòng thủ trấn Thạch Môn[c 13]. Điều này khiến Lý Tự Nguyên lo sợ, còn cơn giận của Hậu Đường Trang Tông giảm bớt qua thời gian.[15] (Có vẻ như trong khoảng thời gian này, trong một dịp khi Lý Tùng Kha còn ở Trấn châu, thủ phủ của Thành Đức[c 14], là nơi Lý Tự Nguyên làm tiết độ sứ, Lý Tùng Kha và thân tín của Lý Tự Nguyên là An Trọng Hối có tranh cãi trong một bữa tiệc. Lý Tùng Kha đánh An Trọng Hối, An Trọng Hối phải chạy trốn. Lý Tùng Kha hết say thì đến tạ tội với An Trọng Hối, An Trọng Hối mặc dù chấp nhận song trong lòng mang mối hận với Lý Tùng Kha.)[3]

Năm 926, Hậu Đường nổ ra nhiều cuộc binh biến chống lại triều đình, Hậu Đường Trang Tông sau Lý Tự Nguyên đem quân đi trấn áp cuộc nổi dậy tại Nghiệp Đô[c 15], song các binh sĩ của Lý Tự Nguyên lại tiến hành binh biến và buộc ông phải tham gia nổi dậy cùng binh sĩ tại Nghiệp Đô. Lý Tự Nguyên quyết định quay sang chống Lý Tồn Úc, tiền về phía nam hướng đến Đại Lương và kinh thành đương thời là Lạc Dương. Lý Tùng Kha đem binh sĩ dưới quyền đến hội quân với Ngu hầu tướng Vương Kiến Lập tại Trấn châu, sau đó tiến tiếp về phía nam tăng viện cho Lý Tự Nguyên. Lý Tự Nguyên nhanh chóng tiến vào Đại Lương rồi tiến hướng đến Lạc Dương.[16] Trước khi Lý Tự Nguyên đến Lạc Dương, Lý Tồn Úc bị sát hại trong một cuộc binh biến tại Lạc Dương, Lý Tự Nguyên vào Lạc Dương và xưng là giám quốc, do khi đó còn lưỡng lự về việc có nên ủng hộ con cả của Trang Tông là Ngụy vương Lý Kế Ngập hay không (người này đang trở về sau khi chinh phục Tiền Thục).[17]