他不满李罕之的欺负压榨，不久与李罕之反目，投奔宣武节度使朱温，任佑国军节度使，仍任河南尹，有时亦兼河阳节度使。
朱温到处征战，张全义尽心尽力地为他提供后勤保障。
无论是粮草供应还是兵力补充，张全义都能做到及时且充足，使得朱温的军队能够保持强大的战斗力。
然而，当昭宗被弑杀之后，张全义来到朝廷觐见。
朱温考虑到局势的变化和需要，将张全义调回河南尹的职位上，并兼任忠武军节度使以及判六军诸卫事等要职。
随着时间的推移，朱温建立梁朝并称帝，他对张全义的信任和重视也与日俱增。
于是，朱温下令让张全义同时兼任河阳节度使一职，并赐予他魏王的封号。
此外，还特别赐予他一个新名字——宗奭，表示对他的尊崇。
自柏乡之战以来，朱温的处境逐渐变得不利。
他在河北地区多次遭遇战败，损失惨重。面对这种困境，张全义展现出了忠诚和机智。
他开始搜刮卒伍的铠甲和马匹，每个月都会将这些宝贵的资源献给朱温，以弥补其军备的短缺。
在乾化元年（911 年）七月的时候，朱温到张全义家里的会节园避暑，让张全义的妻子女儿都叫过来认识一下。
张全义还以为是好事，让府里的夫人、小妾以及女儿都出来拜见朱温。
朱温此时已经变态，淫尽天下不是直系亲属的女子，及时行乐是他的宗旨。
当他看到张全义的这些人除了张全义的二夫人、三夫人年老外，其余的各个姿色不错。
于是，放走了两位夫人当夜就临幸了张全义最宠爱的小妾储夫人。
第二天是他的小女儿。
第三天是他的儿媳。
……
总之，张府上稍有姿色的都被他强行侍寝。
张全义之子张继祚羞愧难当，欲杀朱温，张全义制止道：“昔日我被困河阳，每日以木屑为食，仅剩一匹马，欲杀之以犒军，死期不过旦夕，而梁主出兵援我，方能活到今日，此大恩不可忘！”张继祚遂罢手。
朱温晚年，猜忌之心日盛，张全义亦成疑对象。
张全义的五夫人储氏每入宫见朱温，皆竭力为夫辩解。
有时朱温怒不可遏，急召张全义，储氏谒见朱温，道：“张宗奭不过一农夫，除荆棘，垦荒地，经营洛阳三十余载，助陛下创业。
今其老迈，将不久于人世，而陛下却疑之，何也？”
朱温想了想此话有理，便笑曰：“我并无恶意，不会为难他！”
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