三月，黄巢以朱温为东南面行营都虞候，攻陷了邓州（今河南邓县），以阻止荆、襄官军北上。接着又遣尚让、王播率军进攻凤翔（今陕西宝鸡）。尚让以为郑畋乃一介书生，不谙军事，麻痹轻敌，中了埋伏，大败而归，损失2万多人。原已投降义军的唐夏绥节度使诸葛爽这时也背叛了义军。四月，黄巢任命其将王玫为邠宁节度使，为唐将所攻杀。这时部分官军已分别进至长安附近的渭北、沙苑、渭桥、武功和盩厔（今陕西周至），渐渐逼近长安。黄巢误以为唐大军赶到，急忙率军出城东走。
唐军入城大肆劫掠，乱不成军。黄巢夜宿灞上，听说官军已乱，又无援军，回师攻城，官军大败，“死者什八九“，义军收复了长安。这时，义军同州刺史王溥、华州刺史乔谦、商州刺史宋岩听说黄巢已撤离长安，也慌忙弃城而走。稍遇风吹草动，黄巢及其将则弃城而走，这一事实说明大齐政权还是很不稳固的。
黄巢再次进驻长安后，也极力想打开局面。六月，遣其将王播围攻兴平（今属陕西），击败了唐邠宁节度使朱玫。八月，黄巢将李详击败唐昭义节度使高浔，乘胜收复华州。十一月，孟楷、朱温进军富平（今陕西富平东北），唐邠、夏二军败归本道。中和二年（882年）二月，朱温再次攻占了同州。
黄巢军虽然四处作战，或胜或败，但始终未能打开局面，黄巢“号令所行，不出同（今陕西大荔）、华（陕西华县）“，基本上仍局限于长安一隅。一些地主武装多入深山“筑栅自保，农事俱废，长安城中斗米直三十缗“。兼之义军又长期习惯于流动作战，即使在其势力十分强大时也往往是攻下一城，不久又丢弃，像东都洛阳这样的经济、军事重地也不留一兵一卒驻守。由于长期没有建立巩固的根据地，得不到充足的供给，长安粮食供给严重不足，将士或以树皮充饥。因此，当唐诸路大军云集长安，向义军发起总攻时，形势便急转直下，历时3年的大齐政权也就很快崩溃了。
中和二年九月，朱温变节降唐。李详也欲投降，被黄巢所杀。黄巢任命黄思邺为华州刺史，但到了十一月，即被李详旧卒逐出。中和三年（883年）正月，沙陀李克用率兵5万进至沙苑，击败了黄揆。二月，黄巢见义军节节败退，粮食也将吃光，便“阴为遁计，发兵三万搤蓝田道“，为撤离长安做好准备。同年四月，唐诸镇兵从四面八方会集京师。李克用与河中、忠武镇将率先出战。黄巢率大军于渭桥迎战，一日三战，连战失利，其他诸道兵也乘机发起攻击，义军大败。
四月十四日，李克用军攻入长安，黄巢力战不胜，遂连夜撤离长安。这时义军尚有15万。黄巢扬言奔徐州，实际上却经蓝田关进入了商山（今陕西商县东）。在撤退中，义军把辎重珍货遗弃于道路。官军在长安大肆抢掠之后，又在路上争先拾取财物，不再追击，故黄巢“得整军而去“。