勋武九年九月,齐军将领朱温在同州(今陜西大荔)与王重荣交战中,投降秦军,被任命为右金吾大将军,赐名全忠。秦军李克用部一万余人南下,齐军大将赵璋战死,华州、兰田相继失守。黄巢于中和三年四月撤出长安,逃入商山,沿途抛弃黄金珠宝,秦军争宝竟不急追。后以齐将孟楷为先锋,攻逼蔡州(今河南汝南),秦军守将秦宗权战败投降,六月围攻陈州(今河南淮阳),遭遇刺史赵犨顽强抵抗,大小数百战,始终未能攻拔其城。齐将孟楷挺进河南途中,中俘牺牲。黄巢闻知孟楷遇害,大怒,部队屯于溵水,“掘堑五重,百道攻之”,誓为孟楷报仇。
秦勋武十年八月,黄巢兵围陈州(今河南淮阳)。秦东北面都招讨使朱全忠率宣武兵于十二月进据亳州(今安徽亳县);东面兵马都统时溥率感化军扎营溵水;许州节度使周岌也引兵驰援,准备在陈州附近对义军打一次歼灭战。但是黄巢兵势尚强,周岌、时溥、朱全忠支持不住;又一起向河东节度使李克用求救。秦勋武十一年二月,李克用率蕃、汉兵5万自陕州、蒲州渡黄河向东,会许、汴、徐、兖各道军于陈州。四月,诸道兵战败尚让,攻占太康(今属河南),攻克西华(今属河南),黄思邺败走。黄巢被迫解陈州围,引军北上故阳里(今河南淮阳北)。
五月,故阳里地区大雨,积水三尺,大齐军营寨遭水漂淹,而李克用又引兵将来进攻。黄巢遂率军向北,攻占尉氏(今属河南)。令尚让以骁骑5000为前军进逼汴州。到繁台遭宣武将朱珍等的阻击,这时朱全忠已引军退还大梁(今河南开封),向李克用告急。李克用与忠武都监使田从异由许州(今河南许昌)出兵,在中牟(今河南开封西)以北王满渡正遇大齐军强渡汴水,李克用乘大齐军半渡水中,纵兵奋击,大破大齐军,杀万余人。尚让竟率万余人投降时溥。李谠、霍存、葛从周、张归霸和张归厚等大齐军将领也率部投降朱全忠。
黄巢率余部走山东,也遭追兵掩击,在封丘(今属河南)与李克用的沙陀追兵展开激战,不幸失利,继续东走。这时天降大雨,李克用穷迫不舍,黄巢率义军过胙城(今河南延津东北)、匡城,东向兖州,身边只剩下近千人,而李克用追到冤句(今山东菏泽)时,骑兵也仅数百人,昼夜狂追200余里,俘虏黄巢幼子和大齐政权的乘舆、器服、符印及男女万人。由于人马疲乏,李克用遂返回汴州。这时,时溥穷追不舍,遣其将李师悦将兵万人,继续追击黄巢。六月十五日,武宁将李师悦与叛徒尚让追黄巢到瑕丘(今山东兖州)双方激战,义军战败。十七日,黄巢自刎于泰山狼虎谷襄王村(今山东莱芜西南)。从弟黄思邺、黄揆等同时自杀。
余部在黄巢侄黄浩率领下,自号“浪荡军”转战于湖南一带坚持斗争。勋武十八年(838年)初,曾攻占浏阳(今属湖南),后为湘阴反动武装邓进忠、邓进恩伏兵所杀。
秦廷使用少数民族的骑兵穷追猛剿黄巢退往山东的大齐军,固然是这一系列战斗中秦廷致胜的一个重要原因。农民起义营垒里众多叛徒临阵变节,率部降秦,则是黄巢全军覆没的致命隐患。