1913年春，他和许多进步同学一起反对依附北洋军阀的四川都督胡景伊，被迫离开学校。同年夏天，他进入南京陆军军官预备学校，在“二次革命”中，李家钰去南京参加了柏文蔚将校团讨袁，反对帝制;赴上海参加攻打制造局之役中，作战奋勇崭露头角。

1927年，原四川边防军总司令赖心辉被刘文辉等人合谋扣留，被迫通电下野，邓锡侯为了笼络李家钰，便把四川边防军总司令职务要来给他，李家钰时年三十五岁。 他和罗泽洲成为以四川陆军军官学堂的同学关系为中心的“军官系”正副首领。

和刘文辉、邓锡侯、田颂尧的四川保定系、刘湘、杨森的四川速成系，还有刘存厚的武备系齐名。但在下川东之战和上川东之战中，这个弱小的集团遭到刘湘和刘文辉的联合打击，损兵折将，李家钰不得不向老长官邓锡侯求助，才避免了全军覆灭的下场。

此后，抗战爆发，李家钰非常有爱国心，请缨出川抗战。当时他已经是军长，手下有两个师。蒋介石说你来很好，但保存实力，带一个师来就可以了。

李家钰说:打鬼子不用保留，我两个师全部上!李家钰带着两个师出川奔赴前线，川军的装备可以说是国军系统中最差的，都是单衣草鞋，但川军在抗战中打出了威风。

在山西，他主要跟八路军配合作战，一开始，李家钰作战十分勇敢，消灭了不少日军。但是自身的伤亡也很大。主要是装备差的太远。川军本来在国军系统中不受重视，装备比国民党的精锐差了不少，比日本就更差了。

所以，在八路军的帮助下，李家钰改变了硬碰硬的策略，也学习了游击战术。这样一来，李家钰跟八路军的接触就比较频繁了。有一次，朱德路过他的防区，两人专门喝酒。朱德就说:以后抗战胜利，万一两边兵戎相见，兄弟准备怎么办啊?李家钰说那我就效法晋文公，退避三舍。朱德哈哈大笑，给李家钰留下一个密码联络本。李家钰也专程送朱德出境。

1944年5月21日，李率集团军总部官兵左右冲突，卒在秦家坡陷入日军伏击圈。在敌寇密集火力射击下，总部官兵200余人全部殉难，李家钰头额及左腋被子弹和枪榴弹破片击中。

这时他身体颤抖，已经说不出话来，只掏出随身携带的小本子，艰难地用笔写下了几个字:速调104……然后就闭上了眼睛，再也没有醒过来。在生命的最后时刻，他依然在想着如何指挥部队歼灭敌人，想要调集104师前来支援，可是，命令没有写完就永远闭上了眼睛。这三个字，无一不戳痛47军所有战士的心。

李家钰也和张自忠一样，成为抗日战死军职最高的人(张自忠是33集团军总司令)。抗战时，李家钰写下诗句:男儿欲报国恩重，死到沙场是善终。