淮南节度使令狐绹懦怯，“以不奉（诛讨庞勋等）诏令”为借口，没有采纳都押牙李湘提出的伏兵高邮县、尽擒戍兵的建议，还“遣使慰抚，供给刍米”以求苟安。庞勋吸收逃亡士卒和贫苦农民加入戍兵行列，“招集银刀等都窜匿及诸亡命，匿于舟中，众至千人”。庞勋等至泗州（今江苏盱眙北），刺史杜一面“飨之于毬场，优人致辞”，一面严加戒备，故戍兵不敢轻举妄动。行至徐城（今江苏盱眙西北）时，庞勋和许佶等对戍兵们说：“吾辈擅归，思见妻子耳。今闻已有密敕下本军，至则支分灭族矣。丈夫与其自投网罗，为天下笑，曷若相与戮力同心，赴蹈汤火，岂徒脱祸，兼富贵可求。况城中将士皆吾辈父兄子弟，吾辈一唱于外，彼必响应于内矣。然后遵王侍中故事，五十万赏钱，可翘足待也”，除赵武等十二人忧惧欲逃外，皆呼跃称善。庞勋杀赵武，遣使携其首于崔彦曾，声称庞勋等远戍六年，怀念乡里，而赵武等“因众心不安，辄萌奸计，将士诚知诖误，敢避诛夷”，以麻痺对方。十月，使者至彭城（今江苏徐州），崔彦曾用严刑逼知真情，乃囚使者。庞勋在符离（今安徽符离），通过邮路致书崔彦曾，提出停止尹戡、杜璋、徐行俭职任，还徐戍卒“别置二营，共为一将”的要求。当时庞勋等离彭城仅一百二十里，阖城惊惧。崔彦曾召集紧急军事会议商讨对策。团练判官温廷皓说：攻打戍兵有“三难”，而原谅他们有“五害”。“三难”是“诏释其罪而擅诛之，一难也。帅其父兄，讨其子弟，二难也。枝党钩连，刑戮必多，三难也”。“五害”则是，“当道戍卒擅归，不诛则诸道戍边者皆效之，无以制御，一害也，将者一军之首，而辄敢害之，则凡为将者何以号令士卒，二害也。所过剽掠，自为甲兵，招纳亡命，此而不讨，何以惩恶，三害也。军中将士，皆其亲属，银刀余党，潜匿山泽，一旦内外俱发，何以支梧，四害也。逼胁军府，诛所忌三将，又欲自为一营，从之则银刀之患复起，违之则托此为作乱之端，五害也。”诸将也都认为，若放庞勋等入城，“必为逆乱”，后患无穷，不如乘其远来疲弊，将他们镇压。崔彦曾遂一面命牙将田厚简“慰劳”戍兵，进行欺骗，一面命都虞侯元密等将兵三千讨伐庞勋，并命宿州（今安徽宿县）出兵符离，泗州屯兵虹县（今安徽泗县）互为犄角助战。元密等至任山（在今江苏徐州西南）以北数里外埋伏，欲于戍兵进入驿馆后擒杀。庞勋捕得元密的“逻子”（暗探），遂作“偶人”为兵列于山下，悄悄离去，还攻宿州。至深夜，元密始知庞勋已撤走，又恐中伏击不敢追。次日，庞勋至符离，宿州乔翔将兵五百出战于虹县灵壁东的濉水上，望风奔溃。庞勋进击宿州。当时宿州缺刺史，又没有剩余兵将，观察副使摄州事焦璐决汴水以断北路，妄图阻止庞勋进攻宿州。由于水流尚浅，庞勋率军涉水而进，宿州遂为庞勋占领，焦璐狼狈逃走。当时“淮北大水，征赋不能办，人人思乱”。庞勋将从官府没收的货财分给百姓，同时募兵，“亡命者从乱如归”，一日之间参军者数千，大批农民加入庞勋军，桂州戍卒兵变开始向农民起义转化。庞勋加强城防守备，自称兵马留后。次日，元密军始至宿州城外，其时汴水水流已深，元密引兵渡水围城，“会大风，贼以火箭射城外茅屋，延及官军营，士卒进则冒矢石，退则限水火，贼急击之，死者近三百人”。当天夜里，庞勋使妇人打更，搜集三百艘大船，满载资粮，在夜色掩护下悄悄撤离宿州，顺汴水而下，向泗州驶去。翌晨，元密始知，“狼狈追之”。由于未暇进食，追及庞勋时，既饥又乏。庞勋停舟河堤下，伏兵千人于舟中，列阵堤外迎敌。元密军将至，阵上的庞勋军都走投陂中，元密以为怯战而逃，纵兵追击。这时，伏兵从舟中突然杀出，前后夹击，“自午及申，官军大败”。元密始知中计，慌忙引兵逃走，“陷于荷涫，贼追及之，密等诸将及监阵敕使皆死，士卒死者殆千人，其余皆降于贼，无一人还徐（州）者”，“亡命者归贼如市”。庞勋从被俘官军知彭城无备，遂乘胜北渡濉水，踰山直趋彭城。崔彦曾一面移牒附近州县求救，一面堵住城门，强迫百姓上城防守，“悉诛贼家属”，但“内外震恐，无复固志”。唐朝末年，彭城结聚山林的小股农民起义不断出现，咸通四年（公元863年），农民起义军还曾一度攻“入徐州，杀官吏”。唐统治者对他们或血腥镇压，或招入军中，或遣送到岭南戍边，庞勋麾下的骨干许佶、赵可立、姚周、张行实等就是当年“徐州群盗，州县不能讨，招出之，补牙职”。庞勋带领六、七千人的队伍，打回彭城，慰抚城外居民，“无所侵扰，由是人争归之”。义军很快攻克外城，崔彦曾退保内城。广大民众帮助义军攻城，“推草车塞门而焚之”。庞勋率军在大火浓烟中四面斩关而入，拿下彭城，活捉崔彦曾等文武官员，将戍兵们痛恨的尹勘、杜璋和徐行俭“刳而剉之，尽灭其族”，当天就有一万余人参加庞勋队伍。庞勋以许佶为都虞候，赵可立为都游奕使，“党与各补牙职，分将诸军”。又命原徐州旧将刘行及将千五百人屯濠州（今安徽凤阳东），李圆（一说李员）将二千人屯泗州，粱丕将千人屯宿州，“自余要害县镇，悉缮完戍守”，建立政权。
由于彭城向为关东重镇，感化军节度使治所，“自隋氏凿汴以来，彭城南控埇桥，以扼汴路，故其镇尤重”。庞勋占领该城，沉重地打击了唐统治者，极大地鼓舞了广大民众的反抗斗争。因此，庞勋扩军，民众踊跃参加，“至父遣其于，妻勉其夫，皆断组首而锐之，执以应募。”“不旬日，其徒五万”。原先活跃在光州（今河南潢川）、蔡州（今河南汝南）、郓州（今山东东平西北）、兖州（今山东兖州）、密州（今山东诸城）、沂州（今山东临沂），以及淮浙一带的小股农民起义军，也相继投奔到庞勋的旗帜下，桂州戍兵哗变已发展为戍兵与农民相结合的农民大起义了。
庞勋命谋士周重起草了一道表文，上奏朝廷，声称“臣之一军，乃汉室兴王之地，顷因节度使刻削军府、刑赏失中，遂致追逐。陛下夺其节制，翦灭一军，或死或流，冤横无数。今闻本道复欲诛夷，将士不胜痛愤，推臣权兵马留后，弹压十万之师，抚有四州之地。臣闻见利乘时，帝王之资也。臣见利不失，遇时不疑，伏乞圣慈，复赐旌节。不然，挥戈曳戟，诣阙非迟”。就是说，庞勋打算拥兵徐州，要求唐王朝承认现状，任命他为节度使，否则就要率军打进长安，称王称帝。
尽管唐统治者不同意庞勋提出的要求，但却要利用这一点因而抚之，一面派人不断与庞勋周旋，一面利用争取到的时间，调兵遣将，以便时机成熟时，一举将起义镇压下去。庞勋对唐统治者的阴谋缺乏认识，没有乘攻下彭城、广大农民革命热情高涨的大好时光，猛烈扩大战果，把斗争推向新高潮，而是相反，在政治上，消极等待唐王朝的任命，他因而不杀崔彦曾等也是出于求节钺的需要。在军事上则采取满足于抚有四州之地的保守主义方针。总之，把自己局限于徐州及其附近一隅，没有及时提出符合广大农民愿望和要求的明确斗争钢领，涣散了斗志，整个起义陷于被动局面。因此，在此后一段时间里，尽管庞勋义军打了一些胜仗，但进展显然迟缓。
刘行及攻打濠州，至涡口时，“道路附从者增倍”。濠州兵仅数百，刺史卢望回素无设备，不知所措，遂“开门具牛酒迎”义军。而泗州刺史杜却早已“完守备以待之，且求救于江、淮”。故当义军将领李圆的百名前锋至该州时，杜假意迎劳，诱入城中全部杀害。李圆率军围攻，杜凭坚拒守。由于泗州地当淮河与通济渠交会处，向为兵家必争之冲要，庞勋增兵至万余，但终不能攻拔。十一月，徐州邻近诸州也纷纷派兵占据要害之地，以对抗义军。不过，因其兵少，义军势众，故屡败于义军，义军攻破鱼台、金乡、砀山和单父等十余县。
唐王朝派高品康道伟赍敕书至彭城，进行“抚慰”。庞勋亲至郊外迎接，“自任山至子城三十里，大陈甲兵，号令金鼓响震山谷，城中丁壮，悉驱使乘城，宴请康道伟于毬场，使人诈为其他义军降者数千人，“诸寨告捷者数十辈”。庞勋这样做，一是以示欢迎，二是（更主要的）显示自己的实力。康道伟回京时，庞勋“复作求节钺表，附道伟以闻”。有人见庞勋热衷求节钺，就乘机进言：“留后止欲求节钺，当恭顺尽礼以事天子，外戢士卒，内抚百姓，庶几可得”，庞勋“虽不能用”，但颇为欣赏，故在唐皇帝死亡的所谓国忌日，遵照朝廷惯例至寺院行香，犒劳将士时，也象地方节度使一样，先向朝廷所在的西方拜谢。
唐王朝一切准备就绪后，又遣敕使至徐州，继续与庞勋周旋。庞勋以为必赐旌节，“众皆贺”。而敕使带来的只是“但赍崔彦曾及监军张道谨，贬其官”，而无节钺。庞勋大失所望，“遂囚敕使，不听归”。
接着，唐王朝以右金吾大将军康承训为义成节度使、徐州行营都招讨使，神武大将军王晏权当徐州北面行营招讨使，羽林将军戴可师为徐州南面行营招讨使，征发魏博、延、义武、凤翔诸道兵以隶三帅。同时命沙陀三部落使朱邪赤心及吐谷浑、达靼和契苾酋长各帅其众，共“二十万”人，分南、北两路讨伐庞勋义军。又诏司农卿薛琼出使淮南、庐、寿、楚等州，“点集乡兵以自固”，利用反动地主武装协同作战。
当时“两淮郡县多陷，唯杜守泗州”。庞勋因李圆久攻泗州不下，以吴迥为将，昼夜“百道急攻”。敕使郭厚本将淮南兵一千五百人救泗州，至供泽镇（在今江苏淮阴县境），畏惧义军，逗留不进。泗州团练判官辛谠，夜乘小舟潜至洪泽镇求教，郭厚本不答应。吴迥攻泗州更急，城中几不能御。辛谠复往郭厚本处求救，受到淮南都将袁公弁反对，经辛谠力争，又“恸哭终日”，郭厚本才发兵五百（一说三百）。辛谠驱兵至淮北进攻吴迥，杜倡于泗州城上布兵与之呼应，义军败走。庞勋命刘佶将精兵数千驰援吴迥，再攻泗州。濠州义军将领刘行及遣其将王弘立引兵前来助战。唐镇海节度使杜审权也命都头翟行约将四千官军救泗州。义军歼翟行约于淮南后，进围郭厚本和淮南节度使令狐绹派来援救泗州的李湘率领的五千官军于都梁城（今江苏盱眙南）。义军致书于令狐绹，表示只要朝廷赐予节钺，就立即归顺，令狐绹在向朝廷奏请节钺的同时，命李湘戍守淮口，不得随意行动，因而李湘军。解甲安寝，去警彻备，日与贼军相对，欢笑交言”。十二月初，义军发起突然袭击，步骑直捣李湘营垒，其军猝不及防，“五千人皆被生絷（活捉）”，一举攻占都梁城，并将俘获的李湘，郭厚本押送徐州。义军遂占据淮口，切断了东南漕运入长安之路。此后义军设置水寨，用铁索横断淮水，昼夜不息地急攻泗州。
为了打破唐王朝的战略包围，庞勋乘诸道官军尚未到齐之机，主动出击。当时，康承训军扎营新兴镇（今河南宁陵县南），屯兵柳子镇（今安徽宿县西北）的义军将领姚周出兵拒战。仅万人的康承训寡不敌众，退屯宋州（今河南商丘），以待援兵。庞勋分遣其将丁从实等各将数千人南攻舒州（今安徽潜山）、庐州（今安徽合肥），北击沂州（今山东临沂）、海州（今江苏连云港西），占领沭阳（今江苏沭阳）、下蔡（今安徽风台）、乌江（今安徽和县东北）、巢县（今安徽巢县）、滁州（今安徽滁县）、和州（今安徽和县），杀滁州刺史高锡望，和州刺史崔雍望风而降。
闰月，戴可师将兵三万（一说二万）在淮南进攻义军。义军多次失利，“尽弃淮南之守”。戴可师进而围攻都梁城。城中义军很少，遂诈称“方与都头议出降”。他以为义军窘迫欲降，就主动后退五里。义军于深夜从城西涉水撤出都梁城。翌日清晨戴可师入空城，恃胜不设备。恰逢大雾弥漫，濠州义军将领王弘立抓住战机，率军数万，以迅雷不及掩耳之势，由捷径奔袭都梁城。戴可师正大醉，“官军不及成列，遂大败，将士触兵及溺淮死，得免者才数百人，亡器械、资粮、车马以万计，贼传可师及监军、将校首于彭城”。庞勋借此大捷之威，进围当时江、淮往来唯一要冲——寿州（今安徽寿县），夺取诸道向朝廷缴纳的贡献和商人货财，再次切断了唐王朝的汴路漕运，给唐统治者以沉重打击。庞勋又“作露布，散示诸寨及乡村，于是淮南士民震恐，往往避地江左”。
庞勋不仅以凌厉的攻势一举打垮了官军的南面进攻，而且在北面战线上也粉碎了敌人的政治诱降，王晏权“数月招携，啗之以利，民口卒无革心者”。王晏权是王智兴侄儿。唐王朝以其为北线之帅，本欲借王智兴原在徐州多年为将帅的“威名”，“以怖贼，及是，反为贼困，不敢战”。义军向王晏权发起多次进攻，“王晏权兵数退衄”。
在有利形势下，庞勋没有趁势转入外线作战，而是被胜利冲昏了头脑。在都梁城大捷后，庞勋“自谓无敌于天下”。进围寿州后，“勋益自骄，日事游宴”。淮南节度使令狐绹惧怕义军继续进攻淮南，利用庞勋求节钺的弱点，遣使表示“许为奏请节钺”。对唐统治者仍抱有幻想的庞勋，“乃息兵俟命”，令狐绹则“收散卒，修守备”，伺机卷土重来。