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李茂貞染指的山南道主要是指天寶一十五道之山南西道。山南西道原轄州諸書記載不一。《舊唐書·地理志》雲有梁、鳳、興、利、通、洋、合、集、巴、蓬、壁、商、金、開、渠、渝等十六州。《元和郡縣圖志》卷二二《山南道三》則記有梁州興元府、洋、利、鳳、興、成、文、扶、集、壁、巴、蓬、通、開、果、渠等十七州。而據《新唐書·方鎮表》則有梁、洋、集、壁、文、通、巴、興、鳳、利、開、渠、蓬、果等十五州。但《元和郡縣圖志》敘事以憲宗元和年間為下限，不及唐末，如其所記的成州在唐大中六年割屬天雄軍。《舊唐書·地理志》所記政區沿革詳於唐前期，後期則不及《新唐書》，如其所記的金、商二州在唐末光啟年間升為節度，合、渝二州在乾元二年割屬劍南東川節度使，乾寧四年又改屬武信軍節度使。因此來看，《新唐書·方鎮表》應該比較真實地反映了山南西道的轄州情況，共計十五州之地。晚唐的山南西道實際分為山南西道、武定軍、感義軍三鎮。
一，山南西道。山南西道，至德元載置防禦守捉使，廣德元年升為節度使，治梁州興元府。具體轄州，史書並未明載。唐末在其原轄境內建感義軍（領鳳、興、利三州）、武定軍（領洋、果、扶、蓬、壁五州）兩鎮，故山南西道當僅有梁、集、文、通、巴、開、渠等七州之地，又有興元節度使之稱。
李茂貞對山南早有凱覷之心，昭宗與權宦楊復恭在權力爭奪上矛盾激化給李茂貞提供了機會。大順二年，楊復恭獲罪叛逃山南西道，依附楊守亮。李茂貞覺得這是一個兼併山南的絕佳時機，於是就糾集依附於他的王行瑜、韓建、李茂莊等鎮，擅自出兵討伐山南諸楊。
景福元年七月，李茂貞攻克鳳州、興州、洋州等地。八月，李茂貞攻克興元，以假子李繼密權知興元軍府事。乾寧元年七月，又攻克閬州，正式吞併感義軍、武定軍和山南西道三鎮之地。
本書前文曾有提及，李茂貞雖然實際佔有山南西道，但朝廷並不願讓李茂貞勢力繼續坐大，因此趁機任命宰相徐彥若為鳳翔節度使，而改任李茂貞為山南西道節度使，併兼領武定節度使。而李茂貞意求兼領鳳翔、山南西道，遂違詔抗命。朝廷只得在景福二年十月詔以鳳翔節度使李茂貞兼領山南西道節度使。乾寧二年，李茂貞以其兄李茂莊繼任山南西道節度使。光化元年五月，李繼密由武定節度使轉任山南西道節度使。
乾寧二年，在王建的攻勢下，李茂貞山南西道所屬的蓬、渠、通等州相繼失守，但蓬州又為岐軍奪回。光化二年，巴州（今四川巴中）又失。天覆元年末，昭宗被挾持到鳳翔，李茂貞為朱全忠所困。次年八月，西川節度使王建以“假道勤王”為名攻興元。李繼密不敵出降。王建以王宗滌為節度使。自此山南西道為王建所據。李茂貞自景福元年十一月攻佔興元至天覆二年八月失陷，實際控有山南西道十年有餘。
二，洋州武定軍。武定軍，光啟元年置，治洋州。大順二年，增領階、扶（今四川南坪東北）二州。景福元年又增領果（今四川南充）、閬二州。不久，又割閬州隸龍劍節度，階州隸天雄軍。光化元年，以蓬、壁二州隸武定軍。於是可知武定軍在唐末轄洋、果、扶、蓬、壁五州。
李茂貞早在光啟三年正月就因扈蹕之功授武定軍節度使。同年七月，轉任鳳翔節度使。景福元年七月，李茂貞借奉詔討逆、攻打諸楊之機奪取洋州武定軍，“皆表其子弟鎮之”。景福二年十月，李茂貞以假子李繼密為武定軍節度使。光化元年五月，李繼顏繼任。光化二年，李茂貞將保大節度使李思敬和李繼顏換鎮。天覆二年九月，川軍攻克興元，武定節度使李思敬以洋州降王建。李茂貞無奈，只得挾天子命己為鳳翔、靜難、武定、昭武四鎮節度使，藉以鼓舞軍心，但己無濟於事。至此，李茂貞實際控制洋州武定軍十一年有餘。
三，感義軍（昭武軍）。感義軍，唐光啟元年升興、鳳二州為防禦使，治鳳州。次年正月，置感義軍於興、鳳。文德元年，增領利州（今四川廣元）。
景福元年七月，李茂貞逐感義軍節度使滿存，佔據興、鳳，表其子弟鎮之。乾寧二年九月，岐蜀相爭，王建派王宗侃率蜀軍攻克利州，李茂貞所署利州刺史李繼顒戰死。不久，岐軍又奪回利州。乾寧四年，李茂貞改感義軍為昭武軍，徙治利州，“欲以鎮兵捍王建”。天覆二年二月，川兵進至利州，李茂貞所署昭武節度使李繼忠不敵，棄鎮逃回鳳翔，利州失陷。十月，王建又攻拔興州，以王宗浩為興州刺史，佔有昭武鎮大部。貞明元年八月，蜀主王建分兵兩路攻岐，