当时，正值严寒时节，士卒皆有畏战之心，观望不前，赵廷隐哭着对士卒道：“如今唐军军势强盛，你们若不能力战退敌，一旦西川失守，我们的妻儿将皆为他人所有。”士卒这才军心振奋，很快便抵达剑州，董璋随后亦增兵剑州，命王晖率三千兵屯于剑州南山。

石敬瑭所率主力唐军此时已抵达剑门，进屯于剑州北山。赵廷隐列阵于剑州牙城后山，李肇则与王晖列阵于河桥。石敬瑭率步兵进击赵廷隐，赵廷隐则严阵以待，等到唐军迫近时突然发起攻击。石敬瑭败退，随后又派骑兵冲击河桥，却遭到李肇的强弩攒射，最终只得撤兵。

当时，赵廷隐早已挑选五百善射兵士，埋伏在石敬瑭的归路上，石敬瑭被追兵和伏兵两面夹击，大败之下被迫退回剑门。

石敬瑭此后再攻剑州，但仍被赵廷隐击败，再次退回剑门，而李仁罕此时却已攻陷了遂州。石敬瑭见阆州、遂州皆已陷落，且大军粮运不继，于是撤军北归。赵廷隐率两川联军追击石敬瑭，一直攻至利州，利州昭武节度使李彦琦弃城而逃。赵廷隐遂进据利州，被孟知祥任命为昭武军留后，他请求继续进兵，攻取兴元及秦州、凤州等地，但被孟知祥所拒绝。

李嗣源因前线战事不利，遂有罢兵和解之意，他以离间朝廷与孟知祥、董璋的关系为罪名，诛杀了主倡此战的枢密使安重诲，与两川和解，朝廷征讨两川的战事至此以失败告终。

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后来，赵廷隐称剑州之战中与李肇同功，表示愿将利州节镇让给李肇，孟知祥起初不肯同意，但因赵廷隐连番请求，遂将赵廷隐召回成都，以李肇接任昭武军留后。

赵廷隐在剑州之战后，鉴于董璋诡诈多变，曾建议孟知祥趁其到剑州劳军将其杀掉，以独霸两川。孟知祥因缺乏周密准备，未敢贸然行动，朝廷罢兵后，两川之间矛盾日趋尖锐，联盟很快破裂。董璋突然举兵攻入西川，声势浩大，赵季良劝孟知祥亲征以鼓士气，孟知祥遂以赵廷隐为行营马步军都部署，让他先率三万兵马迎战东川军。

赵廷隐向孟知祥辞行时，恰逢使者送来董璋的檄书以及给赵季良、赵廷隐的书信。董璋在檄书中称赵季良、赵廷隐与其同谋，招他来攻西川。孟知祥将书信交给赵廷隐，赵廷隐也不看信，直接扔在地上，冷笑道：“不过是董璋的反间之计，想让您杀掉副使赵季良和我而已。”他随即便领兵出发。而此时，董璋已攻入汉州。

孟知祥随后亲率八千兵马趋汉州，与董璋会战于鸡踪桥。当时，赵廷隐三战不利，东川军追击赵廷隐，却被孟知祥与张公铎领兵直冲其腹，顿时乱不成列。赵廷隐趁机整军复战，与孟知祥、张公铎合军夹击，终于大败东川军。董璋亲兵尽丧，仅率数骑逃走，孟知祥夺回了汉州，命赵廷隐追杀董璋，自己径自返回成都。