Lý Tồn Úc muốn khiến cho Lưu Thủ Quang ngạo mạn hơn nữa nên đã phái thuộc hạ là Lý Thừa Huân (李承勳) đến chúc hạ, Lưu Thủ Quang đã cho bắt giữ Lý Thừa Huân[2] và sau đó giết sứ giả của Tấn.[12] Lưu Thủ Quang cũng lệnh cho binh sĩ của Yên phải xăm hình lên mặt. Lưu Thủ Quang cũng bố trí quân lính để tiến công Nghĩa Vũ, bất chấp lời phản đối của Phùng Đạo, Phùng Đạo bị tống giam song sau đó đã trốn thoát đến Tấn. Đến khi quân Yên tiến công Nghĩa Vũ, Vương Xử Trực đã cần viện Tấn. Đáp lại, Lý Tồn Úc phái Chu Đức Uy hợp binh với quân Triệu và quân Nghĩa Vũ vào mùa xuân năm 912 để tiến công Yên.[2]

Lưu Thủ Quang cầu viện Hậu Lương Thái Tổ, Hậu Lương Thái Tổ quyết định thân chinh đến cứu viện. Tuy nhiên, hoàng đế Hậu Lương đã bị tướng Tấn là Lý Tồn Thẩm đánh bại và buộc phải triệt thoái, sau đó Thái Tổ lâm bệnh nặng và không thể cứu viện cho Lưu Thủ Quang nữa. Trong khi đó, Lưu Kế Uy bị thuộc hạ là Trương Vạn Tiến (張萬進) ám sát, Trương Vạn Tiến sau đó quy phục Hậu Lương.[2]

Trong các trận chiến kéo dài suốt năm 912 và đầu năm 913, Chu Đức Uy và các tướng Tấn khác dần dần chiếm được các thành của Yên, bắt được các tướng Yên là Đan Đình Khuê (單廷珪) và Nguyên Hành Khâm, sĩ khí quân Yên suy sụp. Đến mùa hè năm 912, Chu Đức Uy đã bao vây U châu. Lưu Thủ Quang gửi một bức thư với lời lẽ khiêm nhường nhằm cầu hòa, song bị Chu Đức Uy nhạo báng.[2]

Chu Đức Uy từ chối hòa đàm, song sau khi Lưu Thủ Quang tiếp tục khẩn cần, Chu Đức Uy đã chuyển đề nghị của Lưu Thủ Quang cho Lý Tồn Úc. Trong khi đó, Lưu Thủ Kì và Dương Sư Hậu tiến vào lãnh thổ Triệu nhằm buộc Chu Đức Uy phải bỏ chiến dịch đánh Yên để đến cứu Triệu. Chu Đức Uy đã phái Vương Đức Minh đem quân đi cứu Triệu, song không chịu từ bỏ bao vây U châu. Sau đó, khi Lý Tồn Úc phái Trương Thừa Nghiệp đến U châu để thảo luận tình thế với Chu Đức Uy, Lưu Thủ Quang đề nghị chuyện đầu hàng với Trương Thừa Nghiệp, song Trương Thừa Nghiệp từ chối và nói rằng Lưu Thủ Quang có tiền sử nói không giữ lời. Sau đó, Chu Đức Uy đẩy lui một cuộc phản công của Lưu Thủ Quang.[2]

Vào mùa đông năm 913, U châu lâm vào tình thế tuyệt vọng, Lưu Thủ Quang đề nghị sẽ đầu hàng nếu Lý Tồn Úc đích thân đến tiếp nhận. Chu Đức Uy do đó đã chuyển tiếp đề nghị này đến Lý Tồn Úc. Khi Lý Tồn Úc đến và cam kết rằng Lưu Thủ Quang sẽ được tha mạng nếu đầu hàng, Lưu Thủ Quang lại do dự và không làm vậy. Lý Tiểu Hỉ sau đó đã đầu hàng và tiết lộ cho quân Tấn về tình hình tuyệt vọng trong thành, quân Tấn vì thế tiến hành các cuộc tấn công ác liệt hơn nữa, kết quả là U châu thất thủ và Lưu Thủ Quang trốn chạy.[2]