淫、宦官乱政、军备松弛、民心怨怼、武备废弛的乱象，遍历山川关隘、打探兵力布防、洞悉朝堂虚实、摸清蜀地软肋。归国之后，他极力上疏力主伐蜀，直言前蜀君昏臣佞、国无纲纪、兵无战力、民无归心，已是亡国绝境、不堪一击，极大坚定了李存勖出兵灭蜀的决心。
彼时前蜀君臣亦知后唐强盛、暗藏伐蜀之心，为防范中原大军南下，于唐蜀边境各处险隘重兵布防、据守关隘、严阵以待，依托秦岭巴山天险构建层层防线，意图凭险固守、阻挡唐军入川。
为麻痹蜀国君臣、松懈边防空备、制造和平假象，同年八月，李存勖再遣使者李彦稠入川，主动释放修好善意、表达两国罢兵通和、永世睦邻的意愿，假意与前蜀缔结和平盟约、互不侵犯。
昏聩无知的王衍不辨真伪、信以为真，误以为后唐无意南征、巴蜀无忧、自此太平，大喜过望，随即派遣翰林学士欧阳彬为通好使，出使后唐回访、缔结和约。与此同时，他全然放弃边防戒备、下令撤除唐蜀边境所有守备、解散戍边重兵、松弛关隘防御，自毁天险屏障、为唐军入川敞开大门，彻底丧失御敌先机。
同光三年（925年）九月，万事俱备、时机成熟，李存勖正式下诏伐蜀，开启统一巴蜀的灭蜀大战。他以嫡子魏王李继岌为全军名义主帅，统领六万精锐大军西征入川。因李继岌年幼、未经战阵、不谙军务，全军所有军机调度、战略决断、行军布阵、赏罚进退，皆由副帅、当朝枢密重臣郭崇韬全权裁决主持。
唐军以降将熟知蜀地地形的康延孝、李严为先锋，凭借蜀地无备、关隘空虚、守军懈怠，大军疾驰入川、势如破竹、连战连捷，迅速攻破威武城、凤州、兴州等川北门户重镇，一路收降蜀军、缴获无数粮草器械、物资辎重，唐军士气大振、兵锋直指蜀中腹地。
前线唐军节节胜利、破关入川之际，前蜀后主王衍依旧沉溺游乐、不知危亡、毫无戒备。他依旧在外巡游山水、纵情声色、荒废国事，直至唐军连破数城、逼近利州，方才得知大军压境、国难临头、惊惧不已。
仓促之间，王衍紧急调集三万蜀军精锐，北上奔赴三泉一线迎战，试图凭借兵力优势阻挡唐军兵锋、挽回颓势。然而蜀军久不习战、军心涣散、将无斗志、兵无战意，面对百战精锐的唐军不堪一击，三泉一战全军溃败、死伤惨重、主力尽灭。
此战之后，前蜀各地藩镇、州县守将眼见大势已去、王衍昏庸亡国在即，纷纷望风归降、举城投唐，巴蜀防线全线崩塌、州县望风瓦解。王衍见
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