朱温篡位后，李克用以光复大唐为名义，和朱温在中国北方展开争霸。908年，李克用病逝，其子李存勖即晋王位，继续和朱温相互攻伐。李存勖骁勇善战，擅长谋略。在他的经营下，河东镇（晋国）势力日渐强大，逐渐盖过了后梁。923年，李存勖称帝，沿用"唐"国号，史称"后唐"。同年十二月，李存勖攻灭后梁，成为了当时中国北方的霸主。
后梁和后唐在北方争霸的同时，中国南方也有不少割据势力在乘机做大做强。919年，割据江淮地区的杨隆演宣布独立建国，史称"南吴"。不过，杨隆演虽然名义上是皇帝，但朝政大权实际上都掌握在徐温和他的养子徐知诰手中。
937年，徐知诰逼迫南吴末帝杨溥禅让皇位，并改国号为"齐"。徐知诰原本姓李，因被养父徐温收养后才改姓徐。939年，徐知诰恢复了自己的姓氏，改名为李昪。他自称是唐宪宗之子建王李恪（和唐太宗第三子同名）的四世孙，因此将国号改为"唐"，史称"南唐"。
不过，李昪自称是唐朝皇室后裔并没有什么证据，完全就是他个人的一面之词。就好比夜读君也姓李，我也可以声称自己是老子（李耳）的后裔。但要我拿出证据证明，那是不可能的事情。
综上所述，在五代十国时期，中国出现了两个国号为"唐"的政权，分别是后唐（923年-936年）和南唐（937年-975年）。但要说这两个政权的皇帝和唐朝皇室有什么关系的话，唯一可以确定的就是他们都姓李，仅此而已！
