起義初期
唐鹹通六年八月，唐廷聞信後，遣中使高晶張敬思，赦免戍兵之罪，並答應送還徐州。到了湖南，張敬思設計引誘義軍放下武器，可是山南東道節度使崔鉉又嚴兵把守要害，引起龐勳等人的懷疑。大家認爲，朝廷所以赦免，是害怕在路上消滅不了義軍，潰散爲患，如果到了徐州，必然會下毒手的。於是，拿出個人錢財，打造甲兵賀幟，重新武裝起來，乘船東下，過浙西進入淮南。淮南節度使令狐絢因沒有命令誅討，遣使慰勞，送來軍糧飼料。龐勳乘機召集散落在鄉間的銀刀軍等士兵藏於船中，衆至千人。這期間，朝廷屢次令崔彥曾慰撫戍兵以免生疑，等待時機消滅。
九月二十七日，龐勳等至泗州(治臨淮，今江蘇盱眙西北)。
二十八日，至徐城，龐勳、許佶等對戍兵們說：我們擅自北歸，無非思念妻子兒女。聽說有密敕頒下徐州本軍，等我們到後就要殺身滅族，大丈夫與其自投羅網，爲天下人恥笑，不如同心協力，赴湯蹈火，不但可以免禍，而且可求富貴。衆人踊躍稱好。
十月，龐勳再遞申狀，要求把都押牙尹勘、教練使杜璋、兵馬使徐行儉這三個大家痛恨的軍將罷職，並要求讓北還將士別置二營，共爲一將，以保持自己的獨立。崔彥曾接申狀後與諸將相商，決定進討龐勳，遂命都虞侯元密爲將，率兵3000人討徵龐勳，同時命宿、洄二州出兵邀擊。元密軍到任山，龐勳在山下列假人疑陣，悄然向符離方向進發。黑夜官軍才發覺，但恐埋伏，退兵城南，待天明纔去追趕。這時，龐勳軍已達符離，和宿州兵500人奮戰在濉水上，官軍一觸即潰，望風奔逃，龐勳直搗宿州。而宿州當時由觀察副使焦璐代攝州事，城裏已沒有軍士，只好逃走。
起義中期
龐勳軍進宿州城後，散發財米，選募壯丁，一日之中，四面雲集，得數千人，龐勳於是分兵守城，自稱兵馬留後。第二天，元密率軍趕到，駐營城外，龐勳用火箭射燃城外茅舍，火勢延及官軍營帳，龐勳軍殺出城來，一陣突然襲擊，消滅官兵近300人，返回城中。黑夜，城裏民衆協助守城，婦女持鼓打更，龐勳集中城裏大船隻300艘，裝滿資糧，順流而下。及至天明，官軍才知龐勳已去，狼狽追趕，連早飯也沒吃，追及時人人飢乏，這時卻見龐勳軍船隻列於堤下，岸上幾隊兵士發現官軍來到，紛紛躲入堤坡。元密以爲龐勳臨陣畏縮，驅兵進擊。不料龐勳軍一路從舟中殺出，一路從堤坡間殺出，兩路夾攻，從中午殺到傍晚，官軍大敗。元密引兵敗退，陷入菏澤，龐勳軍追到，元密等諸將死於亂軍之中，士卒死約1000人，其餘投降龐勳軍。龐勳探問降卒，得知徐州空虛，立即引兵北渡濉水，迂山進攻徐州。
這時，崔彥曾才知元密兵敗，急向鄰道求援，關起城門，選拔丁壯守備，無奈全城驚慌，已無固志。十月十七日，龐勳軍六七千人，已到城下，殺聲震天。龐勳軍對城外居民好言勸慰，毫不擾侵，得到人民擁護和幫助，攻下徐州城，俘崔彥曾、焦璐等人，殺尹勘、杜璋、徐行儉等人，龐勳軍聲名大震，徐州城中願附從者萬餘人。
起義高潮
龐勳遂以許佶爲都虞侯，趙可立爲都遊弈使，其餘各補牙職，分領諸軍。一面派遣押牙張琯奉表到京師爲自己請封節度使，一面分兵出擊。舊將劉行及率1500人進軍濠州(今安徽鳳陽)，一路上歸附倍增，刺史盧望回開門歡迎。李園率2000人攻打泗州(今安徽泗縣)，兵臨城下，李園派精兵百人，先行入城封府庫，泗州刺史杜慆假意迎接慰勞，誘之進城盡行誅殺。第二天李園引兵圍城，城上箭石齊發如雨，李園軍死數百，退兵城西。龐勳考慮到泗州當江淮要衝，地處險要，便發兵助圓攻城，泗州都押牙李雅守備有略，四出迎擊，終沒有攻破，不久，龐勳便以吳迥代李園，晝夜不息攻城。泗州團練判官辛讜冒死突圍出城求援，當時敕使郭厚本領淮南兵1500人救援泗州，住在洪澤不敢貿然前進。辛讜求得救兵而還。龐勳再派許佶率精兵幾千助吳迥攻城，劉行及也從濠州遣其將王弘立引兵會戰泗州，形成了“圍城打援”之勢。
十一月二十九日，鎮海節度使杜審權派都頭翟行約率4000人救泗州，次日，翟行約軍在淮南被龐勳軍消滅。淮南都押牙李湘率軍數千，與郭厚本、淮南都將袁公弁合兵屯駐都樑城(江蘇盱眙北)，與泗州隔淮相望。龐勳軍既破翟行約，乘夜潛師渡淮，包圍了都樑城。十二月初五，李湘等引兵出戰，龐勳軍大敗其軍，攻佔都樑城，活捉李湘、郭厚本等人。龐勳進佔淮口，控制了江淮運輸線。唐廷以右金吾衛大將軍康承訓爲義成節度使、徐州行營都招討使，神武大將軍王晏權爲徐州北面行營招討使，羽林將軍戴可師爲徐州南面行營招討使，大發諸道兵及沙陀朱邪赤心和吐谷渾、達靼、契苾部落兵鎮壓龐勳。當時康承訓見諸道兵已至者不足萬人，衆寡不敵，退屯宋州。龐勳遣將分兵，南攻舒、廬，北進沂、海，破沭陽、下蔡、烏江、巢縣(今安徽巢湖)，佔滁州、克和州，農民爭起響應，軍勢強盛，發展到20萬人，至此，龐勳領導的桂州戍兵兵變，已發展爲廣大農民等參加的農民起義。
戴可師率兵3萬渡過淮河，轉戰向前，欲奪淮口，義軍乘夜退出都樑城，留給可師一座空城。恰巧第二天大霧，義軍將領王弘立引兵數萬以迅雷不及掩耳之勢，突然殺回，官軍四散逃竄，被淮河淹死無數，殲滅官兵2萬餘名，戴可師單騎出奔也被擊斃。
義軍大獲全勝，繳獲器械、資糧、車馬數以萬計。義軍乘勝圍攻壽州(今安徽壽縣)，獲諸道貢品及商貨無數(當時因義軍控制淮口，江淮往來改出壽州)。王晏權時在壽州，因屢爲義軍所敗，退縮不敢出戰。朝廷遂命泰寧節度使曹翔代其爲徐州北面招討使。
義軍衰落
這時，龐勳自以爲無敵於天下，日事遊宴，謀士勸他不聽，尤其是同他在桂州舉兵的將領更爲驕暴，奪人資財，掠人婦女。
鹹通十年(869年)正月，康承訓率諸道軍7萬餘人自宋州進據柳子鎮西，自新興至鹿塘連營30裏。義軍分兵四守。徐州留守不過幾千人，形勢緊急，龐勳調四處義軍保守徐州。豐縣義軍守將孟敬文心懷異謀，適逢魏博節度使何全皋遣將薛尤領兵3000攻打豐縣，孟敬文敗走，龐勳將其誘歸殺死。進攻海州(今江蘇連雲港)、壽州的義軍，也爲官軍所敗，損將折兵數千人。
二月，康承訓使朱邪赤心領沙陀3000騎兵爲前鋒，衝鋒陷陣。這些沙陀騎兵驍勇善戰、屢敗義軍，逼近徐州。義軍將領王弘立自淮口回徐州，願率部衆3萬迎戰康承訓。龐勳即令他出渡濉水往搗鹿頭寨。王弘立率部晝夜進襲，潛在寨邊，將寨團團圍住，寨中沙陀鐵騎，縱橫馳騁，衝散了義軍陣勢。寨中諸道官軍，又爭出奮擊，王弘立敗退。官軍追到濉水，又淹溺無數，義軍損失2萬餘人。許多來自農民的義軍士兵敗走山谷，不復還營。當時朝廷有敕令，諸道官軍俘農民皆釋放以分化瓦解義軍。這一條政策對義軍影響甚大，自是每與官軍遇，不少義軍先自潰。
三月，康承訓既破王弘立，進逼柳子鎮，與義軍姚周部一月之間數十戰，周引兵渡渙水，官軍乘機襲擊。義軍退走，官軍追趕，圍住柳子鎮，時值大風，官軍四面縱火，義軍棄寨而走，沙陀騎兵中途邀截屠殺，全軍覆沒。姚周只帶幾十人逃奔宿州，卻因與宿州守將樑丕有隙，竟被慘殺。龐勳聞訊大驚，與許佶相議，欲自將出戰，謀士周重獻計說，柳子寨地要兵精，姚周亦勇敢有謀，今一日覆沒，危如累卵，不如速建大號，悉兵四出，決力死戰。於是更造旗幟，選丁3萬，許佶等共推龐勳爲天冊將軍。以其父龐舉直爲大司馬，與許佶等留守徐州，龐勳親自率麾下出城，夜入豐縣城，時魏博軍正圍攻豐縣，竟不得知。龐勳縱兵圍住近城軍寨，諸寨來救。又伏兵要路殺官軍2000。
泗州之圍
官軍聽說龐勳自來，畏其勢衆，當夜潰退。當時曹翔方圍滕縣，聽到魏博軍敗，引兵退保兗州。義軍毀其城柵，運其資糧，聲勢復振。龐勳乘豐縣之勝，引兵五、六萬西擊康承訓，康承訓秣馬整衆，暗設伏兵，義軍前部中伏敗退，龐勳率後部到來，正遇前隊敗還，不戰而潰。官軍以騎兵邀前，步兵擊後，龐勳敗遁彭城僅數千人，義軍死數萬人。
五月，新上任的徐州南面行營招討使馬舉率精兵3萬馳援泗州，兵分三路渡淮。圍攻泗州的義軍不知來軍衆寡，收兵城西，馬舉就兵圍寨，縱火燒柵，義軍大敗，死數千人。王弘立戰死，吳迥退保徐城。泗州之圍七個月，至此解圍。
六月，馬舉自泗州出兵攻濠州，義軍將領劉行及在城外設寨拒守，馬舉先派輕騎挑戰寨西，待義軍出戰卻引大軍數萬側西迂迴攻擊東南，盡燒其寨，義軍入城固守。龐勳聞訊遣吳迥助劉行及守城，屯兵北津以相應。馬舉派兵渡過淮河攻擊，義軍又損失數幹人。營寨也被夷平。
這時，唐王朝又詔黔中觀察使秦匡謀參與圍剿義軍，以神策將軍宋威爲徐州西北面詔討使，將兵3萬屯於豐縣與蕭縣之間，曹翔引兵相會，共同進逼徐州。
七月，康承訓攻克臨渙(今安徽濉溪臨渙集)，連拔襄城、留武、小睢等寨。曹翔佔領滕縣，進擊豐縣、汴縣。在官軍步步逼近的情況下，義軍內部矛盾日益暴露。一些義軍叛逃，退據山林，反劫殺義軍。蘄縣(今安徽宿州南)土豪李兗竟殺義軍守將降於康承訓。康承訓乘勝長驅，拔第城，進抵宿州西，築城圍困宿州。義軍將領張儒、張實等領兵數萬列壘相望，環水自固，抗拒官軍。張實修書派人夜潛徐州，向龐勳建議：“宜引兵出其不意，掠宋、亳之郊，彼必解圍而西，將軍設伏要害，迎擊其前，實等出城中兵蹙其後，破之必矣”，龐勳採納其策，令龐舉直與許佶鎮守徐州，親率義軍2萬西征。八月，康承訓焚燬宿州外寨，義軍退保羅城，官軍攻城，死傷數千人不能克。康承訓見硬攻不行，改派“辯士”在城下喊話招諭。把守子城的義軍將領張玄稔，原爲徐州舊將，見官軍攻城日緊，宿州危急，連夜召集心腹謀降，派親信張皋深夜出城給康承訓送去降書。約其殺將，舉城投降，以青旗爲號內應外合。九月初三，張儒等正在柳溪亭飲酒，張玄稔突然勒兵於亭前，殺害了張儒等人開門出降，宿州陷落。
徐州陷落
接着張玄稔又向康承訓獻計;“今舉城歸國，四遠未知，請詐爲城陷，引衆趨符離及徐州，賊黨不疑，可盡擒也”。便縱火焚宿州爲城陷軍潰之狀，引兵至符離，義軍不知其詐，張玄稔殺守將，收兵萬人。初七，到徐州，圍而不攻，先向城裏發起政治攻勢，潛藏在城裏的奸細路審中原爲崔彥曾故吏，此時打開城門，引官兵入城。龐舉直、許佶率領義軍將士退守子城，堅守到當天太陽偏西，從北門突圍，張玄稔派兵追殺，龐舉直、許佶戰死，其餘將士英勇不屈，多赴水而死。城中所有桂州戍卒親族，都被搜捕，斬盡殺絕，死數千人。龐勳在與康承訓的作戰中失利，唐朝繼續增兵，由神策軍將軍宋留爲西北面招討使，官兵主力進逼徐州。龐勳率兵2萬自石山西出後，奔襲宋州，攻陷南城，渡汴河南攻亳州。
康承訓引步騎8萬西擊，使朱邪赤心領數千騎兵爲前鋒尾追到亳州，龐勳引兵沿渙水而東，將歸徐州，被沙陀兵所逼，不暇飲食，轉至蘄縣將渡渙水，唐將李兗毀橋勒兵擋住去路，後面官軍大集，九月初九龐勳至縣西，率領將士忍飢抗敵，英勇戰死，近萬名義軍捐軀，其餘幾乎全部投水溺死。宋威攻取蕭縣，宿廷等寨降於官軍。惟有濠州義軍吳迥孤軍奮戰，直到十月城中糧盡，吳迥率部突圍，死於招義，其餘部衆被官軍追兵殺獲殆盡。起義軍佔據的城鎮紛紛失守。龐勳在與康承訓的作戰中失利，唐朝繼續增兵，由神策軍將軍宋留爲西北面招討使，官兵主力進逼徐州。
起義失敗
龐勳攻打宋州失利，準備轉攻亳州，途中遭到沙陀騎兵追擊。他欲折道返回彭城，卻被沙陀騎兵追上，遂全軍覆，龐勳在突圍中戰死，時爲鹹通十年(869年)九月，至此，龐勳起義失敗。
歷史評價
龐勳起義前後一年零兩個月，是唐末繼裘甫起義之後的又一次大規模農民反抗鬥爭，是對唐朝統治的又一次沉重打擊。爲接踵而至的王仙芝、黃巢起義作出了積極的準備(參見王仙芝起義、黃巢起義)。
史論：“唐亡於黃巢而禍基於桂林”，是對龐勳起義在唐末農民起義和農民戰爭史上的重要地位的中肯評論。
桂林戍卒的譁變引發的武裝起義最終造成了數十萬的死亡，財產損失更是難以計量。如果唐朝統治者多一點寬厚仁政的話，這是一次本來可以被避免掉的大起義。這一場浩劫給腐朽的外強中乾的唐王朝以致命一擊，同時，它又像黑暗之中的一盞明燈，繼續鼓舞和照亮其他被壓迫的窮苦人民起來鬥爭!
宋祁在《新唐書·南詔傳》中總結唐朝滅亡的教訓，有一句評價：“唐亡於黃巢，而禍基於桂林。”此處“桂林”二字，即指八百名遠戍桂林的徐州遠征軍強行返鄉所引發的“龐勳之亂”。故事發生在868年，唐廷動用了十幾萬軍隊、耗時一年才平定這場叛亂，其餘黨的身影卻在此後的王仙芝和黃巢等人的叛亂中時時閃現，直至40年後帝國崩潰。
戰爭影響
龐勳起義前後一年零兩個月，是唐末繼裘甫起義之後的又一次大規模農民反抗鬥爭，是對唐朝統治的又一次沉重打擊。爲接踵而至的王仙芝、黃巢起義作出了積極的準備，史論：“唐亡於黃巢而禍基於桂林”，是對龐勳起義在唐末農民起義和農民戰爭史上的重要地位的中肯評論。
