Liên quân của ông và Chu Thao đánh bại quân Thành Đức nhiều trận, đến mùa xuân năm 782 thì hạ được Thúc Lộc (thuộc Thạch Gia Trang) rồi đánh sang Thâm châu[15]; Lý Duy Nhạc đem quân tấn công hòng chiếm lại Thúc Lộc nhưng không được, phải chạy về Hằng châu. Chu Thao nhân đà thắng lợi, muốn tiến binh vào thẳng Hằng châu, nhưng Trương Hiếu Trung bất ngờ dẫn quân của mình rút lui về Nghĩa Phong[16]. Các tướng dưới quyền đều lấy làm lạ; Hiếu Trung nói[15]:

Ta muốn phá quân giặc, thì cũng phá được một trận. Nhưng Hằng châu tướng giỏi còn nhiều, sao có thể xem thường được. Nay nếu ta đánh gấp thì chúng sẽ liên kết với nhau chống ta, nếu ta hoãn lại thì chúng sẽ quay sang cấu xé nhau. Bây giờ chỉ cần ngồi đây chờ tin tiểu tử Duy Nhạc bại vong mà thôi. Vả lại, Tư đồ (chỉ Chu Thao) chỉ có cái mạnh miệng mà suy nghĩ nông cạn, lúc đầu có thể kết minh nhưng khó mà cùng nhau đi đến hết đường.

Thao thấy Hiếu Trung lui quân cũng dừng ở Thúc Lộc, không tiến nữa. Quả nhiên về sau Vương Vũ Tuấn làm phản, giết Lý Duy Nhạc rồi đầu hàng nhà Đường. Sau đó thứ sử Định châu Dương Chánh Nghĩa cũng đầu hàng, trong tay Trương Hiếu Trung bấy giờ có hai châu Dịch, Định. Thứ sử Thâm châu Dương Vinh Quốc là anh rể Duy Nhạc cũng theo về Chu Thao. Ở các mặt trận còn lại, Lý Hi Liệt diệt Lương Sùng Nghĩa, Lý Bão Chân vây khốn Ngụy châu, ai ai cũng cho rằng loạn lạc sắp dẹp yên, quốc gia sẽ thống nhất[15].

Triều đình trung ương quyết định phân Thành Đức làm ba phần: lấy Trương Hiếu Trung quản lý ba châu Dịch, Định, Thương, Vương Vũ Tuấn là Hằng, Ký đô Đoàn luyện Quan sát sứ, Khang Nhật Tri là Thâm, Triệu đô Đoàn luyện Quan sát sứ. Tại Định châu, triều đình bố trí Nghĩa Vũ quân, giao cho Trương Hiếu Trung làm tiết độ sứ, lãnh thổ gồm có ba châu trên; lại gia Kiểm giáo Binh bộ thượng thư, Dịch Định Thương đẳng châu quan sát sứ.

Nhân việc Chu Thao, Vương Vũ Tuấn oán giận triều đình thưởng bạc; Điền Duyệt (đang nguy khốn ở Ngụy châu) liền gửi thư thuyết phục Chu, Vương liên kết cùng mình chống Đường, hứa nhường Bối châu cho Thao. Do vậy ba người này liên thủ với nhau chống lại triều đình. Thao lại sai Thái Hùng đến Định châu thuyết phục Trương Hiếu Trung, đem vàng bạc ra dụ dỗ, nhưng ông không chấp nhận. Chu Thao sau đó đưa quân về phía nam, để Lưu Phanh ở lại U châu trấn giữ phòng Trương Hiếu Trung đem quân đánh sang. Lúc này trấn Nghĩa Vũ bốn phía xung quanh đều là các trấn nổi dậy, nên ông xây thành đắp lũy, khích lệ quân tướng chuẩn bị đối phó với các cuộc tấn công của Chu Thao và Vương Vũ Tuấn. Lúc này Vũ Tuấn sai con là Vương Sĩ Chân bao vây Khang Nhật Tri ở Triệu châu. Thần Sách binh mã sử Lý Thịnh theo lệnh triều đình, đưa quân lên Hà Bắc giải vây Triệu châu và viện trợ cho Nghĩa Vũ. Trương Hiếu Trung gả con gái mình cho con trai Thịnh là Lý Bằng, hai bên hiệp lực với nhau, phòng giữ vững chắc Dịch, Định; quân giặc không dám xâm phạm. Về sau cuối năm 782, bốn trấn tạo phản xưng vương hiệu: Chu Thao là Kì vương, Điền Duyệt là Ngụy vương, Vương Vũ Tuấn xưng Triệu vương, Lý Nạp xưng Tề vương.

Mùa xuân năm 783, Trương Hiếu Trung cử con là Trương Thăng Vân hợp quân với Lý Thịnh đánh tướng dưới quyền của Chu Thao là Trịnh Cảnh Tế ở Thanh Uyển. Chu Thao được tin liền rời Ngụy châu, chỉ huy quân giao chiến, đánh bại Lý Thịnh. Về sau Thịnh bị bệnh nặng, phải lui quân, Trương Thăng Vân cũng đưa lực lượng của mình chạy về Định châu[17].

Quân triều đình bị tiết độ sứ làm phản ở Hoài Tây[18] Lý Hi Liệt bao vây tại Tương Thành. Trước tình hình đó, Đường Đức Tông triệu tiết độ sứ Kinh Nguyên[19] là Diêu Lệnh Ngôn tới cứu. Ngày 2 tháng 11 năm 783, Diêu Lệnh Ngôn dẫn 5000 quân Kinh Nguyên đến Trường An, nhưng do bị tiếp đãi sơ sài, tướng sĩ Kinh Nguyên đều tức giận, cùng cùng nhau tấn công vào cung. Vua hoảng sợ, vội triệu quân cấm vệ đến hộ giá nhưng không có ai đến cả, bất đắc dĩ phải bỏ Trường An, chạy về Phụng Thiên. Quân Kinh Nguyên cướp phá hoàng cung, đón anh Chu Thao là Chu Thử vào cung tôn làm chủ. Chu Thử tự xưng là hoàng đế nước Đại Tần (sau cải là Đại Hán), cải nguyên Ứng Thiên, chính thức ra mặt phản lại nhà Đường.

Lý Thịnh lúc này đã khỏi bệnh muốn ngay lập tức đem quân về Phụng Thiên cứu giá. Trương Hiếu Trung cho rằng mình đang ở tình thế lưỡng đầu thọ địch, muốn giữ Lý Thịnh ở lại giúp đỡ, không cho Thịnh đến Phụng Thiên. Thịnh bèn tìm cách mua chuộc thân tín của Hiếu Trung bằng vàng bạc và nhờ Lý Bằng nói giúp, cuối cùng ông mới đồng ý cho Lý Thịnh rời Nghĩa Vũ, lại lệnh Dương Quốc Vinh đem 600 quân hỗ trợ triều đình. Mùa thu năm 784, Chu Thử bị diệt, bốn trấn xưng vương phải xin hàng phục, Nhà Vua xét công ban thưởng, gia phong Đồng trung thư môn hạ bình chương sự[20]. Khi đó tướng Trình Nhật Hoa trấn giữ Thương châu được triều đình thăng làm Hoành Hải tiết độ sứ, khiến cho lãnh thổ Nghĩa Vũ thu hẹp chỉ còn hai châu Dịch, Định.