裴渥见招安失败，慌忙关闭城门，组织防守。起义军攻克蕲州后，裴渥逃往鄂州（今湖北武汉）。但经此一事，王仙芝与黄巢之间的裂痕已无法弥补——王仙芝的“动摇”，让黄巢失去了对他的信任；而黄巢的“强硬”，也让王仙芝觉得难以共事。乾符三年（876年）十二月，在攻克蕲州后不久，王仙芝与黄巢正式分兵：王仙芝率领三万余人，继续在湖北、河南一带活动，试图寻找新的招安机会；黄巢则率领两万余人，返回山东、安徽一带，坚持“反唐到底”。虽然两人仍约定“互为声援，互不攻击”，但起义军的核心力量已一分为二，这为后来王仙芝的失败埋下了隐患。
分兵后的王仙芝，虽然仍有一定实力，却失去了黄巢部的协同作战，逐渐陷入了孤军奋战的困境。他的战略目标也变得模糊：一方面，他仍希望通过战功迫使朝廷招安，因此不敢过于激进地进攻长安、洛阳等重镇；另一方面，他又要维持起义军的声势，不得不继续攻城略地，与官军对抗——这种“既想反唐，又想招安”的矛盾心态，让他在战场上屡屡错失良机。
乾符四年（877年）正月，王仙芝率领起义军进攻鄂州（今湖北武汉）。鄂州是长江中游的重镇，官军防守严密，守将是个叫刘巨容的将领，此人颇有军事才能，早已做好了防备。起义军久攻不下，伤亡惨重，有个叫王重隐的将领，是王仙芝的堂弟，在攻城时被箭射中，不治身亡。王仙芝悲痛不已，却还是下令撤退——他担心伤亡太多，会影响后续的招安谈判。
此时，黄巢部在山东攻克郓州（今山东东平），杀死郓州节度使薛崇，声威大震。官军主力被黄巢吸引，湖北一带的官军兵力空虚——这本是王仙芝扩大战果的好机会，手下的将领们也劝他：“大哥，如今湖北官军兵力少，我们不如趁机攻克荆州、襄阳，控制长江中游，到时候朝廷肯定会重视我们，招安的条件也会更好。”但王仙芝却摇了摇头，说：“不行，荆州、襄阳是朝廷的重镇，要是打下来，朝廷肯定会派兵围剿，到时候我们就麻烦了。”最终，他放弃了进攻鄂州，转而进攻黄州（今湖北黄冈）。黄州兵力薄弱，很快被攻克，但起义军也因此错过了“趁虚而入，控制长江中游”的最佳时机。
同年四月，王仙芝又率领起义军进攻荆南（今湖北江陵）。荆南是唐朝西南地区的军事重镇，节度使杨知温是个“只会读书、不懂军事”的文官，平日里只知道吟诗作对，根本不关心军务。城中守军仅有数千人，且大多是临时招募的百姓，缺乏训练。起义军抵达荆南后，很快攻破了外城，杨知温吓得躲在府衙里哭，连官服都来不及穿，还让手下人把自己藏在柜子里。
眼看荆南即将被攻克，王仙芝却再次犹豫——他担心攻克荆南后，朝廷会彻底放弃招安，转而派大军围剿。他对将领们说：“荆南是重镇，要是我们打下来，朝廷肯定会生气，到时候招安就更难了。不如我们先撤兵，再等等朝廷的消息。”将领们纷纷反对，李罕之说：“大哥，现在正是好机会，要是撤兵，以后就再也没有这样的机会了！”但王仙芝还是坚持撤兵，起义军将士们虽然不满，却也只能服从命令。
就在这犹豫的间隙，唐朝援军赶到了。荆南监军宦官杨复光，是个颇有军事才能的人，他早已向朝廷求援，此时，山南东道节度使李福率领的援军已抵达荆南城外。起义军腹背受敌，被迫撤退，荆南之战以失败告终。撤退途中，又遭到官军的追击，起义军伤亡数千人，粮草也损失殆尽。
荆南之战的失败，让起义军的士气大受打击，更糟糕的是，起义军内部的“投降派”开始抬头。一些将领见王仙芝“既不敢打硬仗，又无法实现招安”，便开始暗中与官军联络，寻求投降的机会。其中，起义军将领尚君长、蔡温球等人，偷偷派人与唐朝招讨副使杨复光接触，承诺“若能授予官职，愿率部投降”。杨复光是个聪明人，他知道王仙芝的起义军还有一定实力，要是能招降尚君长等人，就能瓦解起义军，于是便答应了他们的请求，准备上奏朝廷授予他们官职。
但此时，唐朝招讨使宋威却心生嫉妒——他担心杨复光抢了“招降起义军”的功劳，影响自己的地位。宋威一直看不起杨复光，觉得他是个宦官，不懂军事，如今见杨复光要立大功，便暗中派人在途中劫持了尚君长、蔡温球等人。随后，宋威向朝廷上奏，谎称“在战场上生擒尚君长、蔡温球，已将其斩首”，还把他们的首级送到长安示众。
尚君长的死，让起义军内部的投降派感到恐惧，也让王仙芝彻底看清了朝廷的“招安骗局”——朝廷根本没有诚意招安，只是想通过“招降”分化起义军，再将他们逐个消灭。此时的王仙芝，终于下定决心“反唐到底”，但为时已晚：起义军的士气已跌至谷底，兵力也因多次战败和投降而锐减，从最初的三万余人减少到不足一万。许多士兵看