庞勋从徐州得到一个名叫周重的，那周重颇以才略自负，庞勋就迎他为上客，
使他向皇帝草表，写到：“臣之一军，乃汉室兴王之地。西楚项羽、宋武刘裕亦皆龙飞于此。近来因节度使刻削军府，刑赏失中，还令我们久戍不得还家。因此诸将士不胜痛愤，推臣权兵马留后，弹压十万之师，抚有四州之地。臣闻见利乘时，帝王之资也。臣见利不失，遇时不疑；伏乞圣慈，复赐旌节。不然，挥戈曳戟，诣阙非迟！”草表完成后庞勋派人将此表带至京师。
庞勋开始封官布置军队。他以许佶为都虞侯，赵可立为都游弈使，其余党与各补牙职，分将诸军。又令旧将刘行及领千五百人屯濠州，李圆领二千人屯泗州，梁丕领千人屯宿州，其他要害县镇，尽都戍守完备。
起初徐州之人都以为庞勋此次上表，皇帝必然答应，旌节之至不过是旬月间的事，都愿效力，献策者远近辐凑，乃至光、蔡、淮、折、兗、郓、沂、密等州的群盗，都倍道来归。不出一月，庞勋军民总数竟多达二十万众。庞勋还令周重做了一篇<<请翦灭徐州表>>，表中说道：“一军暴卒，尽可翦除；五县愚民，各宜配隶。”对外诈称是崔彦曾写给皇帝的。庞勋还令人伪造皇帝诏书，书中说道一切都依崔彦曾所请。之后庞勋令人在境内大肆宣扬此事。被蒙在鼓里的徐州人毫不知情，完全相信了庞勋的伪诈之举。他们都归怨朝廷，说道“想不到朝廷如此狠心，不但要将去桂州戍守的徐州士兵尽数剿灭，还要将我们这些人作为奴隶去发配到远方做苦役。此番若不是桂州将士回戈返家来救援我们，我们恐怕都成了任人宰割的鱼肉了！”
先说李圆到泗州后，即刻引兵围城。泗州刺史杜慆有位故人，叫辛谠。辛谠亦是将门之后，其祖父辛云京曾在平定安史之乱时立过大功。这辛谠家居广陵，性喜任侠，重然诺，爱急人之难，年五十不仕。辛谠年少时曾遇两牛斗于田间，人们纷纷躲避。辛谠鼓勇而前，两手各握一牛之角，两牛竟难以动弹。许久，辛谠持此两角相抵触，两角俱断折，而两牛亦无力再斗。当辛谠听闻庞勋作乱便来到泗州，劝杜慆带家人弃城躲避。杜慆说道：“安平享其禄位，危难弃其城池，吾不为也。且人各有家，谁不爱之？我独求生，何以安众！誓与将士共死此城耳！”孙谠被其义烈所感，说道“公果能如是，仆愿与公同死！”言毕回到广陵，与家人诀别，再次来到泗州。避乱之民，扶老携幼，道路都快堵塞了，他们见到辛谠，都阻止他说：“人皆南走，子独北行，取死何为！”辛谠不为所动。到泗州时，李圆已至城下，辛谠急忙乘小舟入城。杜慆让他做了团练判官，他为杜慆完善守备，令军士在城上连番放箭投石，并帅众鼓噪，四面出击。李圆之众死者数百，只得暂时放弃攻城，收兵屯于城西。庞勋认为泗州是江、淮地区冲要之地，便大发兵助李圆攻之，众至万馀，终不能克。
李圆攻泗州久不克，庞勋便遣其将吴迥代之。再次进攻泗州，昼夜不息。当时郭厚本带领淮南兵千五百人救泗州，至洪泽，畏敌不敢进。辛谠请求前往求救，杜慆意欲阻拦，说“此去冒千难万险。若不能求得援兵，可能还会使你丧命。还是不要去了吧”辛谠急道“若无救援，孤城被克，全城之民性命不保。这是唯一的希望，我岂惜此贱命！”于是杜慆与之泣别。夜晚辛谠乘小舟出城，潜渡淮河，至洪泽，见到郭厚本，劝说其出兵相救。郭厚本麾下将袁公弁说：“贼势如此，自保恐不足，何暇救人！”辛谠拔剑瞋目向公弁说：“贼百道攻城，陷在朝夕。公受诏救援而逗留不进，岂惟上负国恩！若泗州不守，则淮南遂为寇场，你能独活吗！我当杀你而后死耳！”言毕欲击之，郭厚本赶忙抱住辛谠。辛谠回望泗州，恸哭终日，郭厚本的士卒皆为之流涕。最终郭厚本为辛谠之忠义所打动，最终分给了他五百人。而这五百人都愿意跟随辛谠，辛谠叩头以谢将士，然后带领他们抵达淮水南岸，望见敌人正攻城甚急，便火速上船，急驱至淮北。辛谠第一个跳上岸，抽刀奋力斫敌，五百军士人人争进。勒兵击贼。杜慆于城上望见救兵来到，领兵出城与之夹击，敌众大败，城池解围。
泗州未下，庞勋再次遣其将刘佶将精兵数千助吴迥攻泗州。听说镇海节度使杜审权遣都头翟行约将四千人救泗州后，在濠州的刘行及遣其将王弘立派兵来攻翟行约。翟行约在淮南被王弘立包围，自己与四千军士全部被杀。这时令狐綯也派李湘将兵数千救泗州，与郭厚本合兵屯于都梁城，与泗州隔淮相望。翟行约被歼后，刘佶与王弘立会兵，乘胜包围李湘一众。李湘等引兵出战，大败，都梁城被陷。李湘、郭厚本都被生擒送往徐州。庞勋之众占据了淮口，朝廷援兵之路与漕运之路都被断，泗州孤立。
再说唐懿宗见到庞勋使者，读了庞勋的上表后，龙颜大怒“见利乘时，帝王之资也……挥戈曳戟，诣阙非迟……一句比一句放肆，这庞勋分明不把我这个皇帝放在眼里，我若不答应他，他就要杀向王宫。逆贼反意如此明显，威逼天子，我岂能容忍？”
于是唐懿宗决定立即讨伐庞勋。他令右金吾大将军康承训为徐州行营都招讨使，神武大将军王晏权为徐州北面行营招讨使，羽林将军戴可师为徐州南面行营招讨使，并大发诸道兵近20万以隶属于三帅。康承训想到沙陀军勇冠诸军，为大唐多次立功，便向皇帝上奏，希望能让时任蔚州刺史、代北行营招抚使的沙陀酋长朱耶赤心带领他的沙陀铁骑，还有附属于唐朝的吐谷浑、达靼、契苾等部落酋长也各自带他们的兵众跟随自己出讨。唐懿宗应允。
腊月，康承训带军来到新兴。庞勋之将姚周屯兵数万于柳子，出兵相拒。当时诸藩镇兵才刚集合了一万人，沙陀骑兵也没有到达。承训出战因众寡不敌而失利，便决定先退回宋州屯兵。庞勋自此更加轻视官军，以为官军不足畏，又分遣其将丁从实等各将数千人南寇舒、庐、北侵沂、海，破沭阳、下蔡、乌江、巢县，攻陷滁州。
泗州援兵既绝，粮也快尽了。辛谠准备求救于淮、浙。夜，辛谠帅敢死士十人，执长斧，乘小舟，潜行斫开敌人水寨而出。黎明时分刘佶才发现，忙派五舟拦其前面，五千兵夹岸追之。敌舟重行驶缓慢，辛谠舟轻行驶快，边行边斗三十馀里，终于突围而出，到达扬州，见到了令狐綯。后来又到润州，见到了杜审权。当时泗州久无声问，都纷纷传说被陷，辛谠来到后，审权便派出甲士二千人，并与淮南共出米五千斛、盐五百斛以救泗州。这时戴可师也将兵三万渡淮，转战而前，逼得庞勋尽放弃淮南之守。戴可师欲先夺淮口，后救泗州，便包围都梁城。刘佶因为城中兵少，便在城上诡行拜礼说道：“请戴都头不要相逼，我们正商量出降之事。”戴可师听信了他的话，退师五里地。刘佶就趁机带兵在夜里弃城而逃。第二日早晨，只剩一座空城。戴可师因此毫不设备，他怎么能想到，刘佶早于前夜与王弘立计议好，又正巧这一天大雾弥漫。刘佶与王弘立引兵数万突然而至，急击官军。官军还未成列，雾中又不辨敌人数量，自相惊乱，败得相当之惨。王弘立连杀数将，刘佶则将戴可师斩首。其他大部分官兵不是淹死在淮水中就是死于锋刃，活下来的仅有数百人，丢失器械、资粮、车马以万计。刘佶令人将戴可师及监军、将校的头颅送往徐州，庞勋将其悬于城门示众。经此一战，朝廷讨伐大军，三帅失去一帅，又损失数万兵力。庞勋更是不可一世，自谓无敌于天下。然也从此开始懈怠，每日饮酒游玩以自娱。周重谏道：“自古因骄满奢逸，得而复失、成而复败的事例多的是，更何况你还尚成功呢！”庞勋丝毫听不进去。