伦，常率骑兵为先锋，后随李克用救援陈州、许州，征讨黄巢，每战必胜，未曾挫败。
文德元年（888年），河南尹张全义袭占河阳（治今河南孟州）。河阳节度使李罕之投奔河东，被李克用安置在泽州（治今山西晋城）。李克用又命李存孝统率七千骑兵，与薛阿檀、安休休协助李罕之复攻河阳。张全义向宣武节度使朱温求援。朱温遂命部将丁会、牛存节援助张全义，与河东军（晋军）在温县一带交战。宣武军（汴军）抢先扼守太行险要，大败晋军。李存孝遭遇惨败，只得退兵。
龙纪元年（889年），李克用出军攻打孟方立。当时，晋军据有泽州、潞州（治今山西长治），以李克修为昭义节度使。孟方立据有邢州（治今河北邢台）、洺州（治今河北永年东南）、磁州（治今河北磁县），亦称昭义节度使。昭义镇被一分为二。
晋军此次出兵，便是要夺取邢洺磁三州，吞并整个昭义镇。李存孝连取洺州、磁州，并在琉璃陂大败邢州军，活捉主将马溉、袁奉韬，攻至邢州城下。孟方立窘迫自杀。其从弟孟迁被推为节度留后，并向朱温求援。朱温当时正东征时溥，无暇援助昭义镇，只命王虔裕率数百精兵，协守邢州。
大顺元年（890年），李克用又命李存孝急攻邢州。孟迁只得绑缚王虔裕，向晋军请降。昭义镇全境都被晋军占据。[7]不久，潞州发生兵变，归附朝廷。朝廷以京兆尹孙揆为昭义节度使。朱温命葛从周、朱崇节入据潞州，又命李谠攻打泽州，同时派三千士卒护送孙揆赴任。李存孝率三百骑兵，在长子一带的山路上伏击孙揆一行，生擒孙揆，随即又统领五千骑兵驰援泽州。
他在泽州城下生擒汴军骁将邓季筠，打得李谠大败溃走，一直追击到马牢关，而后回兵攻打潞州。葛从周、朱崇节弃城而走，晋军得以复据潞州。
复夺潞州之战，李存孝功劳最大。但李克用却任命康君立为昭义留后，仅以李存孝为汾州刺史。李存孝愤恚不满，一连数日茶饭不思。
当时，朝廷以张浚为招讨使，征讨河东。李克用命李存信、薛阿檀率军抵御张浚，又命李存孝屯兵赵城。不久，张浚在阴地关被晋军击败，退保晋州。李存孝率部攻晋州。张浚遣军迎战，结果又被李存孝击败，从此紧守城池不敢再战。
李存孝因考虑到不宜俘虏朝廷宰相，遂解围退兵五十里，任由张浚逃走。后来，李存孝又改任邠州刺史。
大顺二年（891年）3月，邢州节度使安知建暗中与朱温交往，李克用进呈表章