将龚彬枪决。10月，蒋中正缩编川军，任李为陆军整编104师师长兼四川第一绥靖区司令官，令其远戍西昌。11月13日，红军进逼名山、雅安，李家钰受命率四个旅兵力至百丈一线同红军接火，李家钰部又伤亡、被俘八百余人。1936年2月，红军胜利完成反堵截、追尾任务，挥师北上。川军各部追堵失败，李家钰只得率部就防西昌。事后川军再次整编，李家钰任四十七军军长，辖104师和178师。
1937年“七七”卢沟桥事变爆发，日军大举入侵，国势垂危。同日，李家钰被晋升为陆军第47军军长，所部扩编为两个师（第104、178师）
蒋介石同年8月令李家钰等部川军出川抗战。李家钰接电令于9月初率四十七军（原有第104师，后再扩编出第178师）从西昌出发，部队单衣草鞋，行程4000余公里，12月始抵达晋东南抗日前线，布防于太行山区之长治、长子、黎城、潞城一带。李家钰在抗日前线，深受全民团结救亡高潮和共产党抗日统一战线政策的感召和鼓舞，对过去积极从事内战的罪愆有所悔悟，幡然致力于国共合作，杀敌致果。李家钰部驻防长治，与八路军炮兵部队联防守城，双方关系融洽。八路军一二九师刘伯承师长因公经长治，李家钰曾敦请他向四十七军营以上军官讲授抗日游击战术。李家钰并先后派遣几位营长，到八路军总部抗日游击战术训练班学习。
1938年春，李家钰在国共合组的“第二战区东路军”总、副指挥朱德、彭德怀统一指挥下，率部在东阳关、长治一带同装备精良的日军入侵部队下原熊弥的108师团104旅团(一万多人兵力)激战两役。长治保卫战中，李家钰军104师312旅624团据城死守两昼夜，在日军飞机、大炮轮番轰击下，北门陷落，官兵奋勇对敌展开肉搏巷战，毙伤敌寇一千余人。此役李家钰部营长杨岳岷、连长杨显谟、夏抚涛、陈绍虞、黄高翼等壮烈殉国，副团长杜长松负重伤。东阳关之战，营长周策勋殉国(以上伤亡者除杨岳岷、夏抚涛两人外，皆蒲江县人)。李家钰部对日军初战虽挫敌凶焰，然官兵伤亡亦逾千人。后黎城县政府在东阳关建“川军抗日死难纪念碑”，以抚慰忠魂。同年3至5月，李家钰奉命率四十七军，在八路军和抗日游击队配合下，连续猛攻并收复了被日军侵占的晋南平陆、芮城、安邑等县城及原八路军据点多处，战绩卓著。
1939年冬，李家钰积功升任三十六集团军总司令，统辖陈铁的十四军、高桂滋的十七军、四十七等三个军七个师兵力。1940年春，李家钰得悉八路军朱德总司令由武乡赴洛阳开会途经其驻地时，曾派兵一个连前往迎接并设宴款待。当晚，朱德就团结御侮，抗日及民主等问题，同李家钰促膝磋谈至深夜，当时，第一次反共高潮刚刚过去，朱德举杯问道：“其相兄，他日你若奉命与我军兵戎相见，你当如何”。李举杯道：“我当效晋文公退避三舍，再战”两人相视而笑。次晨，朱德一行跨越晋(城)博(爱)公路日军封锁线时，李家钰为安全计，增派一个加强连，掩护朱德顺利过境。
1940年4月，李家钰指挥47军及三支抗日游击队，在晋城以南天井关一线，予进犯日、伪军以重大杀伤，毙伤敌一千多人。所部104师曾一度克复陵川县城。
1940—1944年春，李家钰部担负河南陕县、渑池、灵宝、阌乡一带黄河防务。此期，李家钰曾多次派出部队配合八路军及抗日游击队，渡河北击晋南一带日军，毁堡毙敌，夺获武器装备多件。1941年2月，四川省各界抗战前线慰劳团来灵宝县李部驻地劳军，李家钰亲字书字幅：“男儿欲报国恩重，死到沙场是善终”十四个字，以明为国报效之心志。时已丧失战争主动权的日军，为配合其东南亚战场作战，实施“打通大陆交通线”战略，乃于1941年初在晋豫战场集糜集四个师团(包括一个坦克师团)、四个独立旅团、一个骑兵团共十四万人的重兵，对我发动“中原会战”。这一敌情，我方虽早侦知，但身为前敌主帅的第一站区长官蒋鼎文，迟至3月中旬，才在洛阳开了一个毫无意义要领和部署的事会议。李家钰将军在第一战区洛阳军事紧急会议上提出“先发制人”之策，建议使用空军轰炸北邙山头日军的桥头堡阵地，尔后以佯渡牵制日军，使敌处于被动，我军立于主动，但这一主张未被上级采纳。然而，更让他担心的是，洛阳会议“不但没有决定如何对付敌人，而且对部署也没有丝毫变更或加强，只谈了将各军军官眷属及笨重行李、重要文件向后方转移”。
1944年4月18日拂晓，日军内山英太郎第十二军第三十七师团在位于郑州与开封之间的中牟一带渡过黄河，向此处的中国国民革命军队发起猛攻，被日军称为“河南会战”、中国称为“豫中会战”的春季战事打响。渡河后仅两天，即在4月20日占领郑州。李家钰显然对战事前景抱有忧虑，他向手下的军官们传达会议情况时说，“这次战事发动后，洛阳危险得很。我们兵力虽是强大，但在配备上没有重点。而且一切部署，都要经过决定后才敢行动。这样遥控部署，就失去了灵