Năm 923, Lý Tồn Úc lập ra triều Hậu Đường và trở thành Hậu Đường Trang Tông, cuối cùng đã giành được thắng lợi hoàn toàn trước Hậu Lương. Khi hay tin, Lý Mậu Trinh phái sứ giả đến chúc hạ Hậu Đường Trang Tông, song trong thư lại dùng lời lẽ ngạo mạn, tự xưng là "quý phụ".[20] Tuy nhiên, sau khi Hậu Đường Trang Tông tiến vào Lạc Dương và lập thành này làm kinh đô, Lý Mậu Trinh lo sợ rằng Kỳ sẽ là mục tiêu tiếp theo của Hậu Đường. Vào mùa xuân năm 924, Lý Mậu Trinh đã phái nhi tử là Lý Kế Nghiễm dâng đồ triều cống cho Hậu Đường Trang Tông và thượng biểu xưng thần với Hậu Đường. Hậu Đường Trang Tông nồng nhiệt tiếp đón Lý Kế Nghiễm và ban cho chức Trung thư lệnh, trong khi tôn vinh Lý Mậu Trinh bằng việc chỉ sử dụng từ Kế vương trong chiếu chỉ. Sau khi Lý Kế Nghiễm trở về Phượng Tường thì thuật lại cho Lý Mậu Trinh những gì tai nghe mắt thấy, rằng quân đội Hậu Đường rất hùng mạnh. Lý Mậu Trinh lo sợ và thượng biểu xin được làm một hạ thần bình thường, hay nói theo cách khác là xin Hậu Đường Trang Tông không bỏ qua tên húy trong các chiếu chỉ, Hậu Đường Trang Tông từ chối. Hậu Đường Trang Tông sau đó cải phong Lý Mậu Trinh là Tần vương, vẫn không gọi ông bằng tên húy và không yêu cầu ông phải cúi đầu trước sứ giả triều đình phái đến để tuyên bố việc sách phong.[21]

Cũng vào năm 924, Lý Mậu Trinh qua đời. Trong thỉnh cầu cuối cùng với Hậu Đường Trang Tông, Lý Mậu Trinh xin triều đình hãy cho Lý Kế Nghiễm tiếp tục cai quản Phượng Tường. Hậu Đường Trang Tông sau đó đã chuẩn thuận cho Lý Kế Nghiễm làm Phượng Tường tiết độ sứ.[21]