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后来，赵廷隐称剑州之战中与李肇同功，表示愿将利州节镇让给李肇，孟知祥起初不肯同意，但因赵廷隐连番请求，遂将赵廷隐召回成都，以李肇接任昭武军留后。

赵廷隐在剑州之战后，鉴于董璋诡诈多变，曾建议孟知祥趁其到剑州劳军将其杀掉，以独霸两川。孟知祥因缺乏周密准备，未敢贸然行动，朝廷罢兵后，两川之间矛盾日趋尖锐，联盟很快破裂。董璋突然举兵攻入西川，声势浩大，赵季良劝孟知祥亲征以鼓士气，孟知祥遂以赵廷隐为行营马步军都部署，让他先率三万兵马迎战东川军。

赵廷隐向孟知祥辞行时，恰逢使者送来董璋的檄书以及给赵季良、赵廷隐的书信。董璋在檄书中称赵季良、赵廷隐与其同谋，招他来攻西川。孟知祥将书信交给赵廷隐，赵廷隐也不看信，直接扔在地上，冷笑道：“不过是董璋的反间之计，想让您杀掉副使赵季良和我而已。”他随即便领兵出发。而此时，董璋已攻入汉州。

孟知祥随后亲率八千兵马趋汉州，与董璋会战于鸡踪桥。当时，赵廷隐三战不利，东川军追击赵廷隐，却被孟知祥与张公铎领兵直冲其腹，顿时乱不成列。赵廷隐趁机整军复战，与孟知祥、张公铎合军夹击，终于大败东川军。董璋亲兵尽丧，仅率数骑逃走，孟知祥夺回了汉州，命赵廷隐追杀董璋，自己径自返回成都。

董璋逃回梓州，却被部将王晖、潘稠所杀，王晖随即开城，向赵廷隐投降。赵廷隐进入梓州，封存府库以待孟知祥前来接收，并献董璋首级。孟知祥由此吞并了东川，不久便由成都东至梓州，自领东川节度使，他随后又划出阆州、果州、蓬州、渠州、开州五州，复设保宁军，以赵廷隐为保宁军留后。

孟知祥未经朝廷诏令，便以墨制的形式署任赵廷隐及武泰军留后赵季良、武信军留后李仁罕、宁江军留后张业、昭武军留后李肇五人为本镇节度使。

不久，朝廷拜孟知祥为剑南东西两川节度使，封蜀王，同时正式授予赵季良、赵廷隐等五人为节度使。其中，赵廷隐为检校太保、阆州保宁军节度使。

孟知祥在成都称帝，建立后蜀，赵季良被拜为宰相，赵廷隐则被任命为左匡圣步军都指挥使，与李仁罕、张业、侯弘实分掌军权，仍领保宁军节度使。

不久，孟知祥病逝，遗诏由太子孟昶继位，并以赵季良、李仁罕、赵廷隐、王处回、张公铎、侯弘实为辅政大臣。

当时，李仁罕恃功自傲，强逼孟昶任命其为判六军诸卫事，孟昶为了牵制李仁罕，又以赵廷隐为六军副使，兼任侍中。他后来与赵季良、赵廷隐合谋，在李仁罕入朝时命武士将其逮捕处死。

石敬瑭攻灭后唐，称帝建立后晋，史称后晋高祖，发兵攻利州，结果在剑门被赵廷隐领兵击退。孟昶鉴于将帅遥领节度使的弊端，改以文官任节度使，赵廷隐时任卫圣马步都指挥使、武德军节度使兼中书令，与武信节度使王处回、保宁节度使张公铎一同被加授检校官，免去所领节度使之职。

孟昶又诛杀宰相张业，黜退枢密使王处回，孟知祥时代的故将旧臣至此仅剩赵廷隐，安思谦欲取代赵廷隐，遂趁机诬称赵廷隐谋反，并发兵包围其府邸。 笔趣阁

此时，山南西道节度使李廷珪入朝，在孟昶面前进力保赵廷隐无罪，赵廷隐得免，遂称病请辞军职。孟昶以赵廷隐为太傅，赐爵宋王，每当有国家大事发生都要到其府中请教，赵廷隐又进位太师、中书令，赵廷隐病逝，终年六十六岁，赐谥忠武。