桂林戍兵起义，又称庞勋起义。这次起义是唐朝灭亡的真正导火线，对于当时已经千疮百孔的唐王朝来说，这次起义要比裘甫起义的性质严重得多，因为裘甫起义属于民间起义，而这次起义则是爆发在军队中，说明了朝廷统治发生了严重的问题。
咸通四年(863年)，南诏国接连三次派兵进攻安南，攻陷了交趾。李漼虽然昏庸，却也知道不能丢掉国土。于是，李漼命令徐州节度使孟球召募了数千人前往救援。援军中的八百人负责驻守桂林。按照约定，这些驻守桂林的徐州士兵三年之后就可以返回苏北老家。到了咸通六年的时候，约定的三年期限已满，但是始终没有人来换防。
中国人自古就把乡土看得比什么都重要，背井离乡的时候最为思念家乡，于是回家就成了压倒一切的首要任务。一年又一年，士兵们翘首以盼、望眼欲穿，就这样到了咸通九年。他们已经在桂林驻守了整整六年，但是依然被告知不能返回老家。士兵们不死心，多次向将领请求返回徐州，可最后将领们要求士兵们再多驻守桂林一年。苦苦等待了六年的士兵们再也无法忍受了，他们愤然起义，拥立庞勋为都将。
当皇帝知道军队叛乱后，首先下令赦免庞勋所带领的这支军队。但是庞勋认为朝廷之所以赦免，是害怕在路上消灭不了起义军，一旦到了徐州，必然会下毒手。于是，庞勋拿出了个人积蓄，打造了盔甲和旗帜，把部队武装了起来。到了淮南的时候，淮南节度使因为没有得到命令诛杀庞勋一行，竟然给叛军送去了粮草。庞勋乘机召集散落在乡间的银刀军，把他们藏在船中，部队一下子多了几千人。
在这个时候朝廷终于决定派兵征讨庞勋。庞勋得知朝廷派兵来征讨他，直接布下疑阵，悄悄的带着部队向符离方向进发。直到起义军攻入宿州的时候，征讨军队才反应过来。庞勋的部队进入宿州城后，给百姓散发财米，选募壮丁，部队一下子又增加了数千人。朝廷军队赶到后，在城外驻营。庞勋把城外的茅舍点燃，火势蔓延到官兵的营帐，然后带兵杀出城来，歼灭了官兵将近三百人。到了晚上，城里的百姓协助守城，庞勋集中城里的大船三百艘，装满了粮草，顺流而下。天亮之后，官兵们才发现庞勋已经离开了，急忙去追赶，但在追击途中被庞勋埋伏整支军队被灭。
打败朝廷的军队后，庞勋带着六七千人的部队，杀到徐州城。他们得到了百姓的拥护和帮助，攻下了徐州城，庞勋的声名大震，徐州城中愿意追随的人多达万人。庞勋趁势又攻下了几座城池，自以为天下无敌。于是开始设宴游玩，谋士劝谏他不听，跟他在桂州起兵的将士们也开始骄傲蛮横，夺人钱财，掠夺妇女，无恶不作。
在庞勋享乐的时候，朝廷又派遣康承训率领七万士兵攻打起义军。康承训从沙陀借来三千骑兵作为前锋，杀的起义军连连溃败。等到康承训逼近徐州，起义军就已经损失了两万余人。康承训乘胜追击，将起义军围在柳子镇，时值大风，官兵四面纵火，起义军几乎全军覆没。庞勋闻讯大惊，于是更改了旗帜，重新选了三万名壮士，庞勋亲自率领士兵出城，夜入丰县城，杀了两千名官兵，剩下的官兵连夜撤退了。庞勋乘丰县的胜利，带着五六万士兵向西攻打康承训的部队，康承训暗设伏兵，起义军中了埋伏，不战而败，损失了数万人。
新上任的徐州南面行营招讨使马举率领精兵三万人支援泗州。围攻泗州的起义军不知道官兵的数量有多少，不敢轻举妄动，于是收兵观察。马举纵火烧了起义军的大营，起义军死了数千人。马举从泗州出兵攻打濠州，起义军将领刘行和守卫在这里。起义军大败，损失了数千人，营寨也被夷为平地。这时，朝廷又让神策将军宋威作为徐州西北面的诏讨使，将三万官兵屯于丰县和萧县之间，进攻徐州。另一边，康承训攻克了临涣，接连拿下了襄城、留武、小睢等地。在官兵步步紧逼的情况下，起义军内部的矛盾日益暴露，一些士兵叛逃，躲进山林，劫杀起义军。康承训乘胜长驱，拔第城，进抵宿州西，筑城围困宿州。庞勋派一部分人镇守在徐州，亲率起义军两万人西征。康承训带着官兵攻城，起义军死伤数千人。康承训派人在城下喊话招安。城中的起义军见官兵攻城日紧，宿州危急，于是举城投降。
康承训的军师向他献计，让他到徐州之后，围而不攻，先向城里发起政治攻势，再让潜藏在城里的奸细打开城门，引官兵入城。康承训采纳了他的建议，按计行事，将城中的所有桂州戍卒的亲族全部逮捕，斩尽杀绝，死了上千人。庞勋率领两万士兵奔袭宋州，攻陷南城，渡过汴河向南攻打亳州。康承训带着八万步兵追到亳州，庞勋被迫向西，由于粮草耗尽，将士们忍饥挨饿，近万名起义军都战死了，其余的全部投水溺死。起义军占据的城池纷纷失守，庞勋在与康承训的作战中失利，连连溃败。朝廷继续增兵，进逼徐州。
此时，庞勋的大将张玄捻叛变投降了康承训，引官兵围攻徐州，引诱起义军投降，徐州失守。庞勋西攻宋州、亳州，想要牵制住朝廷的兵力。但是接连失利，途中又遭到了沙陀骑兵的追击，他想折道返回彭城，却被沙陀骑兵追上，全军覆没，庞勋在突围中战死。至此，桂林戍兵起义失败。这次起义就像一条巨大的导火索，虽然被很快熄灭，但它却引爆了规模更大的黄巢起义。