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後來，趙廷隱稱劍州之戰中與李肇同功，表示願將利州節鎮讓給李肇，孟知祥起初不肯同意，但因趙廷隱連番請求，遂將趙廷隱召回成都，以李肇接任昭武軍留後。
趙廷隱在劍州之戰後，鑑於董璋詭詐多變，曾建議孟知祥趁其到劍州勞軍將其殺掉，以獨霸兩川。孟知祥因缺乏周密準備，未敢貿然行動，朝廷罷兵後，兩川之間矛盾日趨尖銳，聯盟很快破裂。董璋突然舉兵攻入西川，聲勢浩大，趙季良勸孟知祥親征以鼓士氣，孟知祥遂以趙廷隱為行營馬步軍都部署，讓他先率三萬兵馬迎戰東川軍。
趙廷隱向孟知祥辭行時，恰逢使者送來董璋的檄書以及給趙季良、趙廷隱的書信。董璋在檄書中稱趙季良、趙廷隱與其同謀，招他來攻西川。孟知祥將書信交給趙廷隱，趙廷隱也不看信，直接扔在地上，冷笑道：“不過是董璋的反間之計，想讓您殺掉副使趙季良和我而已。”他隨即便領兵出發。而此時，董璋已攻入漢州。
孟知祥隨後親率八千兵馬趨漢州，與董璋會戰於雞蹤橋。當時，趙廷隱三戰不利，東川軍追擊趙廷隱，卻被孟知祥與張公鐸領兵直衝其腹，頓時亂不成列。趙廷隱趁機整軍復戰，與孟知祥、張公鐸合軍夾擊，終於大敗東川軍。董璋親兵盡喪，僅率數騎逃走，孟知祥奪回了漢州，命趙廷隱追殺董璋，自己徑自返回成都。
董璋逃回梓州，卻被部將王暉、潘稠所殺，王暉隨即開城，向趙廷隱投降。趙廷隱進入梓州，封存府庫以待孟知祥前來接收，並獻董璋首級。孟知祥由此吞併了東川，不久便由成都東至梓州，自領東川節度使，他隨後又劃出閬州、果州、蓬州、渠州、開州五州，復設保寧軍，以趙廷隱為保寧軍留後。
孟知祥未經朝廷詔令，便以墨制的形式署任趙廷隱及武泰軍留後趙季良、武信軍留後李仁罕、寧江軍留後張業、昭武軍留後李肇五人為本鎮節度使。
不久，朝廷拜孟知祥為劍南東西兩川節度使，封蜀王，同時正式授予趙季良、趙廷隱等五人為節度使。其中，趙廷隱為檢校太保、閬州保寧軍節度使。
孟知祥在成都稱帝，建立後蜀，趙季良被拜為宰相，趙廷隱則被任命為左匡聖步軍都指揮使，與李仁罕、張業、侯弘實分掌軍權，仍領保寧軍節度使。
不久，孟知祥病逝，遺詔由太子孟昶繼位，並以趙季良、李仁罕、趙廷隱、王處回、張公鐸、侯弘實為輔政大臣。
當時，李仁罕恃功自傲，強逼孟昶任命其為判六軍諸衛事，孟昶為了牽制李仁罕，又以趙廷隱為六軍副使，兼任侍中。他後來與趙季良、趙廷隱合謀，在李仁罕入朝時命武士將其逮捕處死。
石敬瑭攻滅後唐，稱帝建立後晉，史稱後晉高祖，發兵攻利州，結果在劍門被趙廷隱領兵擊退。孟昶鑑於將帥遙領節度使的弊端，改以文官任節度使，趙廷隱時任衛聖馬步都指揮使、武德軍節度使兼中書令，與武信節度使王處回、保寧節度使張公鐸一同被加授檢校官，免去所領節度使之職。
孟昶又誅殺宰相張業，黜退樞密使王處回，孟知祥時代的故將舊臣至此僅剩趙廷隱，安思謙欲取代趙廷隱，遂趁機誣稱趙廷隱謀反，併發兵包圍其府邸。
此時，山南西道節度使李廷珪入朝，在孟昶面前進力保趙廷隱無罪，趙廷隱得免，遂稱病請辭軍職。孟昶以趙廷隱為太傅，賜爵宋王，每當有國家大事發生都要到其府中請教，趙廷隱又進位太師、中書令，趙廷隱病逝，終年六十六歲，賜諡忠武。
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