史称“唐亡于黄巢，而祸基于桂林”。桂林指的就是以庞勋为首的桂林戍卒发动的这场叛乱。表面上看，庞勋之乱似乎是偶然的。但实际上，它和先前的裘甫之乱一样，都是由来已久的社会危机不断积累，最终突破临界点的标志。

庞勋之乱，震惊了李唐朝廷。徐州沦陷次月，唐懿宗便紧急派遣大将康承训、王晏权、戴可师兵分三路进攻徐州，并大举动员诸道兵力归三帅统领。同时唐懿宗又采纳康承训的建议，征调沙陀部落的酋长朱邪赤新，会同其他部落征讨庞勋。

李唐朝廷的这场平叛之战，一开始打得并不顺利。先是康承训率领的中路军因诸道兵力尚未集结而遭遇叛军阻击，退守宋州。不久求胜心切的南路军主帅戴可师又被叛军击溃。

在接二连三的胜利面前，庞勋骄傲了。庞勋也逐渐陷入宴饮游猎。而且虽然庞勋领导的是农民起义军，但其班底骨干仍然是桂林戍卒。这些人在攻城略地中夺人私财、掠人妇女。而庞勋却不加以约束。由此很快引起了地方百姓的怨恨。而官军则采取了收买人心的措施。

咸通十年2月，康承训以3000沙陀骑兵为先锋，向农民军发动强力进攻。沙陀骑兵的作战勇猛。康承训曾经带领千余人马在渡河的时候遭到农民军的伏击。沙陀军冒死闯入重围，成功解救了康承训。在沙陀骑兵的协助之下，农民军与官军交战时屡战屡败。当时农民军的将领王洪烈亲率3万人马迎战官军。王洪烈认为大功即将告成，可以轻而易举的击败官军。不过沙陀骑兵左右突围。在他们的强烈冲击之下，农民军根本无法有效抵挡官军。最终王洪烈几乎全军覆没。

为了挽回败局，庞勋决定主动出击。当时魏博镇的兵马正围攻丰县。庞勋便亲率大军从徐州出发，趁着夜色进入丰县。魏博镇的兵马根本没有设防，被庞勋趁势斩杀2000人。之后庞勋从丰县出兵进攻康承训，并抽调其他地方兵力共计五万人一起发起进攻。然而由于农民军对官军俘虏看管不严，导致消息泄露。针对庞勋的动向，康承训着手布置伏兵。结果如期到达的其他各路农民军中了康承训的埋伏。等到庞勋赶到的时候，见官军势胜，不战而溃，被迫带领残兵败将逃回徐州。

在官军的强力围剿之下，到咸通十年7月为止，官军接连收复了下邳、丰县等地。而后康承训率领大军包围了农民军占领的重镇宋州。随后半年时间，官军节节胜利。到了这一年的九月，庞勋屡战屡败，最后带着残部两万人被官军四面合围。部众几乎被全部歼灭。庞勋也死于乱兵之中。同年10月，叛军的余党基本上肃清了。庞勋之乱宣告平定。

朝廷论功行赏，擢升康承训为河东节度使，任命沙陀酋长朱邪赤新为大同军节度使，并赐名李国昌。从此，沙陀人正式登上了历史的舞台。在返回代北的路上，一个年轻人士志得意满。他就是李国昌的儿子，唐末历史上叱咤风云的李克用。此时的他只不过是一个20岁的年轻人，但日后却将威震天下，无人不知，无人不晓。而且李克用的儿子也更加出名，后唐庄宗李存勖。

庞勋之乱虽然历时不久便被平定，但显然已经动摇了李唐王朝的统治根基。而且此次事件对黄巢起义的影响非常大。庞勋虽然战死，但是他的部下都散居在各地。这些人成为了皇巢起义的领袖。因此，许多人都说庞勋起义是黄巢起义的序幕。

并且，由于唐王朝在平叛过程中用沙陀兵来作为先锋，在这个过程之中，沙陀人目睹了唐王朝的衰弱和对地方控制的无力。沙陀势力也在此次平叛之中得到了很大的发展。偌大的唐王朝空养了百万雄兵，却无一人可用。以至于在之后沙陀人变成了唐末的主角。