1854年9月，李宗羲調任廬州(今合肥)清軍大營，受托主持制造局，監督軍械生產，後主管軍服局。
1855年9月，清軍包圍了瀘州城內的太平軍，太平軍派出5萬到6萬的援軍前來救援。清軍彈藥貧乏，形勢嚴峻。他熬了三天三夜，監工趕去造物資。7月，太平救兵大隊移師攻打，包圍清軍總兵吉順營，部署特使派李到和順營請求增援。他半夜扣營見和順，得了五千援兵，連夜趕去。拂曉時，與太平軍相遇，激戰兩天。太平軍增援部隊被迫撤退，高哲被包圍了。服役中，李宗羲因功被推薦。9月，清軍大舉進攻瀘州城，城內漢奸在10會師。午夜過後，他們高舉火把，內外夾擊太平軍。給李宗羲三天時間完成雲梯、竹筏等攻城必備之物，他如期完成。期間清軍潛至各城邊，城內火光沖天，清軍登梯。太平守軍夢醒，傷亡慘重，瀘州為清軍所降。
1857年，李宗羲因“功德”被推薦為知府。當時，太平天國南京事變剛結束，石達開離開安徽，李宗羲給石達開寫了壹封給清軍的投降書，假意道:“去年冬天，江寧起了小墻，自己屠殺自己，就是大人有積卵之虞...若能歸心似箭，反目成仇，橫掃長江，立功贖罪，對萬戶侯不難。”被石達開義正詞嚴的拒絕，清朝的投降陰謀破產了。1858年八月，曾國藩派李宗羲隨軍處理營務，深得曾器重，視其為左右手。
1859年冬，李因病回開縣休養。
1862年，10年，回到安徽頭增的部下。
1864年，清軍攻陷南京，曾國藩派李宗羲掌管南京江北厘金總局(國稅總局)。他在任期間制定了《長江沿岸稅收征收條例》，以減少各地在戰爭期間增加的浮動費。
1865年春，清廷任命他為兩淮揚州運鹽使的代理人。由於清廷鎮壓太平軍，淮南鹽船改道至泰興，經常有風浪危險。李宗羲親自劃定地形，在瓜州口以東開辟了壹條長1500余尺的新運河，方便了商旅往來。3月，李升任安徽按察使，8月調任南京。當時運河上漲，清水湖決口，七縣被淹。災難是嚴重的。李宗羲搜刮1.2萬兩白銀，請求清廷撥款賑濟，招募災民做工，修壩疏浚河道，使30余萬災民得以渡過劫難。同時還制定章程招人救荒，酌情減稅，及時恢復災區生產。
1869年，李宗羲升任山西巡撫，在北京被慈禧太後兩次召見，要求加強山西的河防。李宗羲上任後，新征士兵4000人，交給按察使李慶香，加強江防。冬季黃河冰橋結冰，陜西回民起義軍三次渡河，均被山西清兵擊退。由於李宗羲多年來鎮壓農民起義有功，於同治十二年(1873)升任兩江總督，與李宗羲的光祿大夫、兵部尚書魏震將軍、右都欽差顧問，處理東南亞大臣事務。當時日本是趁隙挑釁。為了抵禦日本的侵略，李宗羲加強了江防建設，在長江沿岸修建了更多的堡壘，如五龍山、江陰都天宮、象山、焦山、下關等。在吳淞口、江陰北岸的劉文沙、五龍山北岸的沙洲尾都修築了堡壘，使河防和海防互相照顧，牽制敵人。
清末，慈禧太後驕奢淫逸，大興土木，修復圓明園。李任兩江總督時，曾兩次上書清廷，勸阻修建圓明園工程。總理外事辦公室將召開會議討論海防問題，並通知省長準備他們的意見。李宗羲寫信建議:註意發現和使用人才，開發礦產，辦自己的產業；提高關稅收入，增加財政資源；停建宮殿，削減行政開支，發展臺灣省，增強海防；派遣有能力的人員擔任使節，加強外交工作等等。
1874大旱，李宗羲寄回救災款4200元，捐建開縣城西裴軍堂1200元，幫助學生鄉試。冬天，我因病辭職。次年卸任。
1876年，四川東鄉(宣漢)人袁等人反對官府勒索，知縣孫謊稱叛亂，邀兵鎮壓。提督黎友亨，殺了壹千多平民。此事上報清廷，清政府指派在家休養的李宗羲查明案情。李宗羲微服私訪宣漢黃金口等地，據實報道。清朝為了不使事態惡化，激起人民的反抗，不得不平反。
光緒十年(1884)，李宗羲病逝於家中。臨死時口述遺言，向光緒皇帝建議，重要的是向皇帝學習，立功，選人，理財。李宗羲葬在開縣城東的應縣山腳下。