黄巢虽然败出长安，但手下农民军还有十五万人，实力不减。他为了麻痹唐官军，事先扬言要奔徐州，实际上却经蓝田关进入了商山（今陕西商县东）。在撤退中，黄巢靠沿途抛弃金银珠宝的法子甩掉了唐追兵，转向河南一带。

    农民军虽然败出长安，元气犹存。但之前农民军困守长安一隅、没有根据地的弱势日益凸现出来。中和三年（883年）五月，黄巢为了农民军得到补给，派骁将孟楷攻打蔡州（今河南汝南）。孟楷即前面因嫉妒朱温扣下求援信的那位。当时唐朝廷任命的蔡州节度使为秦宗权。秦宗权出战失败，便干脆投降了黄巢。可见当时局势何等混乱，唐朝廷的威信完全扫地，大多数藩镇都是墙头草，只知道顺风而动，依附强势。

    秦宗权投降黄巢后，与农民军将领孟楷联兵，一齐进攻陈州（今河南汝南）。唐陈州刺史时为赵犨。

    赵犨，陈州宛丘人，世为忠武军牙将，积功为陈州刺史。赵犨非常有远见，他曾经预言如果黄巢不死在长安，必然东走，陈州则首当其冲。所以，他早做准备，招兵买马，储备粮草，构筑工事，培城疏堑，将陈州方圆六十里之内的百姓强行迁到城里。并让其弟赵昶、赵翊，儿子赵麓、赵林分别领兵，加强战备，守卫陈州。

    农民军将领孟楷先移兵项城（今河南沈丘），准备攻取陈州。陈州刺史赵犨早有防备，先派出少数弱兵出战，向农民军示弱，然后乘孟楷不备之时，派精兵全力出击。孟楷猝不及防，所率的一万人马竟然全军覆没，孟楷本人也被俘杀死。

    ［还有一件事可以说明赵犨的眼光。后来朱温到陈州，赵犨兄弟亲自上前为朱温牵马，执礼甚恭。当时赵犨已经料到朱温将来必成大事，于是“降心屈迹，为自托之计”。不但主动攀附朱温，让自己的儿子赵岩娶朱温的女儿，还为朱温建立生祠，朝夕拜谒。不过很可惜，朱温还没有当上皇帝，赵犨就先病死了。］

    孟楷是黄巢的爱将，也是农民军的重要首领。黄巢听说孟楷战死后，怒火中烧，立即集中所有的兵力，猛烈攻打陈州，“掘堑五重，百道攻之”，誓为孟楷报仇。陈州人十分害怕，赵犨极力激励军民，并“数引锐兵开门出击贼，破之”，以鼓舞士气。黄巢屡攻不克后，愈加愤怒，便在陈州外围筑垒围困。营垒修得如同宫殿一般，旁边还有百官衙门，号称“八仙营”，准备打持久战。

    黄巢又下令储备粮草，而当时连年征战，烽火连天，百姓无法生产，民间乡里均已缺食短炊。黄巢军四下找不到粮食，便再一次以吃人为生的惨剧。农民军建巨型石磨，将掳掠到的百姓、战俘、以及战死的士兵的尸体，纷纷投入石磨之中，研磨妥当，再烹之为食，“日食数千人”。杀人做为军粮的地方则被称为“舂磨寨”。

    陈州刺史赵犨此时已经抱了必死之心，一面坚守城池，一面派人突围，向太原的李克用、汴州（今河南开封）的朱温求援。

    就在黄巢围攻陈州时，唐朝廷不断调动军队，以全面围剿农民军。七月，朱温被任命为宣武节度使，加东面招讨使。九月，命武宁节度使时溥为东面兵马都统。十二月，忠武镇周岌与时溥、朱温等皆率兵前来救援陈州。

    中和四年（884年）正月，黄巢军仍是势力强大，周岌、时溥等诸路救兵被农民军打得落花流水，招架不住，不得不共同向河东节度使李克用求救。二月，李克用率蕃、汉兵五万出天井关，自蒲州、陕州渡过黄河前来陈州。三月，朱温攻占大齐军瓦子寨，将领李唐宾、王虔裕投降。这时，李克用会合许、汴、徐、兖诸道军向大齐军全面发动攻势。四月，攻占农民军将领尚让屯军的太康（今河南太康），接着进攻西华（今河南西华），农民军将领黄思邺败走。

    黄巢见军事失利，只得退到陈州北面的故阳里，但依旧保持对陈州的围困态势。

    中和四年（884年）五月，突然连续下起大雨，平地水深三尺，河水暴涨，四处流溢，黄巢所筑的营垒被洪水冲垮。黄巢见大势已去，只好舍弃了围困三百天的陈州。

    围打陈州是黄巢退出长安后最严重的失误。农民军不但丧失了先前“游击战”的灵活性，长期胶着在陈州附近，大小数百战，搞得农民军士卒疲惫不堪，而且迁延时日，给了唐朝廷调兵遣将、重新部署的机会。

    黄巢撤兵后，李克用紧追不舍。黄巢在李克用的追击下，渡过汴水进攻汴州朱温。朱温向李克用求救，李克用在河南中牟北的王满渡，大败黄巢的主力部队，黄巢手下大将尚让率一万人投降了唐武宁节度使时溥，黄巢手下另外一些将领李谠、杨能、霍存、葛从周、张归霸、张归厚等人投降了朱温。至此，农民军主力伤亡殆尽。黄巢率残兵败将向东北逃去，李克用又追杀到封丘（今河南封丘）。这时又遇大雨，黄巢只收集散兵近千人，冒雨东奔兖州。

    中和四年（884年）六月十五日，武宁节度使时溥派部将李师悦率兵万人，与降将尚让穷追不舍。追至瑕丘（今山东兖州），黄巢与唐军“殊死战，其众殆尽”，与其外甥林言走至泰山狼虎谷的襄王村（今山东莱芜西南）。此时，黄巢已经势穷力尽了。

    关于黄巢的结局，史书记载不一：有史书说他不甘被俘受辱，自杀而死；有史书说他要求外甥林言将自己杀死；还有史书说他是被林言趁机杀死。推断起来，作者倾向于林言见大势已去，乘机杀了黄巢以求富贵。因为同时被杀死的还有黄巢的兄弟妻子，生死时刻，即便黄巢愿意求死，他的兄弟们也不会甘心就死。之后，林言持黄巢等人首级欲向武宁节度使时溥献功，在路上却遇到沙陀博野军，他们杀了林言，将林言及黄巢等人首级一并献给武宁节度使时溥。