1937年8月，率第九师赴上海参加淞沪会战，升任国民革命军第二军军长兼第九师师长。

1938年3月，率部参加徐州会战，在台儿庄以东地区与日军作战。8月，升兼第十一军团长兼田北要塞指挥官，参加武汉会战。9月，率部在田家镇要塞与日军激战。

1939年11月率部参加桂南会战，在昆仑关击败日军，击毙日军旅团长中村，收复昆仑关。

1940年5月，任江防副总司令兼第二军军长。

1942年6月，调西安任第三十四集团军副总司令。

1943年，任第三十四集团军总司令。

1944年春，任前敌总指挥，在潼关大败日军，获抗日一等勋章。

1945年5月，当选为国民党第六届中央监察委员。

1945年8月，抗日战争胜利后，任第十一战区副司令长官兼山东挺进军总司令，代表国民政府任山东地区受降长官，负责接受济南、青岛、德州等地日军的投降。

1946年6月，任徐州绥靖公署副主任兼淮海指挥部指挥官。

1947年春，任第一兵团副司令官。6月5日，任陆军总部郑州指挥所主任。同年秋，改任第二兵团司令官兼陆军总司令部徐州司令部副司令。

1948年春，任第九绥靖区司令官。6月，兼徐州“剿总”副总司令,。11月，兼蚌埠指挥所主任、第六兵团司令官。

1948年，任徐州“剿总”副总司令、第九绥靖区司令长官兼第六兵团司令官。

1949年初，任京沪杭警备副总司令。4月，兼任金华指挥所主任。同年夏，任福州绥靖公署副主任兼第六兵团司令官。9月，率部撤至台湾。因防守平潭岛时，被守军国民革命军第七十三军军长李天霞欺骗提前撤退。到台后被军事审判，遭其参谋长孙鸣玉伪证陷害，被判处十年徒刑，经袍泽疏通，一年后得到假释，出狱后居台北。

1974年11月17日病逝于台北。

李延年，字吉甫，1904年3月11日（甲辰正月二十五日）生于广饶县大王镇王西村一个富裕耕读家庭。祖父李维清，承祖沃地百亩，掌管家业为主，不事田间劳动；祖母杜氏，为人和善，持家较为勤俭。父亲李之权，熟谙五经四书，在本村任教多年，又望子成龙心切，很重家教；母亲李氏，为人贤德，生有3子：长子寿年，次子延年，三子益年。延年7岁丧母，主要靠祖母和父亲抚养成人。

李延年自幼胆大顽皮，常为少儿嬉戏的中心人物；又聪明好强，颇得家人和邻里的欢心，尤其是祖母的溺爱。他6岁即从父读私塾，凡读之书多能记诵，12岁即能读通本镇重修“三元阁”碑文。14岁考入刘集振华高等小学堂，17岁毕业后即离开家乡，考入济南省立商业专门学校就读。

1924年11月，孙中山应邀北上后，广东军阀陈炯明遂打起“救粤”旗号，准备率部大举进犯广州。

1925年2月起，面对这种严重威胁，广东革命政府即以黄埔学生军为主力，开始国民革命军东征，讨伐陈炯明叛军。东征军前赴后继，奋勇杀敌，不几月即连克淡水、五华、兴宁、梅州等县城，又乘胜攻克惠州、梅州、潮汕和潮州，同年底，即将陈军叛乱戡平。战斗中，李延年崭露头角，为蒋介石所赏识，升任排、连、营长先于同期同学。

1926年7月9日，国民政府决定北伐，计划先打垮吴佩孚，再歼灭孙传芳，最后消灭张作霖。

北伐军出师时，共有8个军。李延年所在国民革命军第一军和第二、三、六军，由蒋介石亲自指挥去江西，攻击祸害华东五省的孙传芳部。在进攻韶关、衡阳、长沙、瑞昌、九江、南昌时，李身先士卒，连克强敌，遂升为第一军二师五团团长。旋即率部同友军沿长江而下，转战于南京、杭州、嘉兴、上海等地，终于打垮孙的五省联军。在龙潭与孙的嫡系部队决战中，李因作战不力，受撤职留任处分。

1927年，四一二反革命政变后，蒋介石所进行的北伐已失去革命意义，变为新旧军阀的权力之争。

1928年初，北伐军受阻于临淮关。因久攻不下，总部正欲命部队转移，但李延年坚不撤离，并自告奋勇，包打守军。战前，师长徐庭瑶电示李：若战斗吃紧，宜早撤退。李回答说：“要我撤回广州吗？打仗可不能婆婆妈妈。”遂率全团发起猛攻，激战多时，守军不支弃城而逃，临淮关为李团占领。此役，李因功受奖，官复原职，并破格晋升少将衔。

同年4月底，北伐军克复徐州、泰安后，向济南发起总攻。奉系山东督办张宗昌率部北窜，北伐军进占济南。时驻济日军，以保护日侨为借口，悍然挑起事端，并残酷屠戳市民，制造了震惊中外的五三惨案。对此，北伐军官兵义愤填膺，摩拳擦掌，要与日军兽兵决一死战。而蒋介石却命部队不准还击，并于5月7日召开秘密会议，议决“继续北伐”，命李延年和邓殷藩两团扼守济南，阻击和牵制日军，以掩护大军撤出。李受命后，誓与济城共存亡，他紧执手枪，前沿指挥，高喊：“谁退后一步就枪毙！”守军为爱国义愤和民族自尊心所驱使，英勇抵抗，浴血奋战，无不以一当百。从8日至10日，相持三昼夜，城墙工事虽全被敌炮摧毁，但守军阵地仍坚固如初。11日晨，守军奉命突围，途中遭伏击，虽伤亡惨重，但终于按蒋的部署完成了任务。 对此，蒋大为赞赏，曾当众说道：“李延年见危受命，临难不惧，令人钦佩。”以后部队缩编，李因守城有功，遂升为第九师第二十六旅旅长。

1930年5月，在阎锡山、冯玉祥联合反蒋的中原大战中，李延年竟以一旅兵力，抵挡住冯玉祥一个师的强攻，为蒋击败阎、冯立下汗马之功，从而在蒋的“天平”上又加了一块“砝码”，使蒋认定他确是一个将才。战后，李被提升为第八十八师副师长，驻军杭州。

1931年初，李延年调徐州，升任第九师中将师长兼徐州警备司令。7月，即奉命参加对江西中央苏区的第三次反革命“围剿”。李率部从鹰潭沿南城、南丰南下，在广昌、宁都一线，配合友军与红军展开作战。红军面对强敌，采取“避敌主力，打其虚弱”的方针，6天之内，三战三捷。蒋军晕头转向，饥疲沮丧，无能为力，只得退却。红军乘机在老营盘又歼李部一个旅。整个战役70余日，红军共歼蒋军4万余人，缴枪2万余支。这次“围剿”同前两次一样，又遭惨败。

1932年6月，蒋介石又纠集50万军队，兵分3路，对中央苏区实行第四次“围剿”。陈诚以中路军总指挥名义，指挥3个纵队进攻。李延年第九师为第一纵队总预备队。李部同中路军一起，由南城，金溪等地向广昌推进。红军灵活运用前3次反“围剿”经验，黄陂一役，全歼敌五十二和五十九两师。蒋军遭此打击，即改变部署，以6个师分成两个梯队，由宜黄地区出发，经东陂、甘竹直扑广昌。红军放过敌先头4个师，突然向后尾第十一师和李延年第九师发起攻击。两师慌忙应战，结果死伤过半，李率残部连夜仓皇北撤。此次“围剿”又被彻底粉碎。

1933年10月，蒋介石顽固坚持“攘外必先安内”的反动立场，纠集百万军队，组成4路“剿总”，对中央苏区发动第五次“围剿”。李延年任东路军第四纵队司令官兼九师师长，指挥第九、三十六、三十九、八十、八十三共5个师，为该路军主力，又参与了这次罪恶的内战。

其间(11月20日)，原在上海参加淞沪抗战，后被蒋介石调去“剿共”的国民革命军第十九路军，因受共产党合作抗日主张的影响，在蔡廷锴等率领下，发动福建事变，易帜抗日反蒋。对此，蒋介石大为惊恐，急调嫡系11个师入闽围歼。李玉堂和李延年分别率三、九两师，由赣东疾驰闽北，很快攻下建瓯、延平、古田、水口，又向福州进逼。十九路军团以上军官由海道乘船去香港，余部退入广东，被陈济棠收编。福州、漳州、泉州、厦门遂被蒋军占领。

1934年2月，解决福建事变后，李延年又奉命率“四纵”从漳州向西进攻苏区。龙岩州之战，红军顽强苦战，予敌以有力回击，坚持数日，始作战略转移。 “四纵”占领龙岩后，李又命三十六师防守，余部在四周“清剿”和“扫荡”。李兵所至，断垣残壁，遍野哀鸿。据李的随从副官徐连三说，某日李部在旷野就枪杀被俘红军500余人。蒋介石闻之，还哈哈大笑说：“杀得痛快！”李、蒋沆瀣一气，反共反人民之暴行，可见一斑。

1934年12月，“四纵”建制撤销，东路“剿总”改为绥靖公署，李延年改任第三绥靖区司令兼九师师长，驻军泉州。

1935年7月，又兼福州第四绥靖区司令。

1937年，“七七”事变后，全面抗日战争爆发。 8月13日，日本侵略军悍然向上海大举进攻，国民政府宣布抗战自卫。李延年奉命率部参加淞沪会战，并升任第二军军长兼九师师长。李部官兵前赴后继，浴血奋战，坚持3个多月，予敌以重创后，遂作转移。后经武汉整编，第二军归属国民革命军第二十集团军，李仍任军长，不再兼师长职务。

1938年5月，李部奉命日夜兼程，赶赴徐州第五战区，增援台儿庄战场，负责截击由海州、鲁南调来参战的两支日军援军。李率部奋勇冲杀，将日军击退，保证了台儿庄战役的顺利进行。此战终于连克强敌，大败日军两个王牌师团，名震中外。战后，第二军集体立功受奖，李升任第十一军团军团长兼第二军军长。 同年夏秋，李部又参加保卫徐州、武汉等战役，战事皆不力。李因部署欠当，被撤军团长职务，后经衡阳整编，取消军团制，李仍任军长。

1939年初，第二军奉命移防四川秀山，剿灭酉、秀、黔、彭4县小股土匪。9月，即奉调广西南宁，与第五军合编为国民革命军第三十四集团军，徐庭瑶任总司令，李延年任副总司令兼第二军军长，参加昆仑关战役，并打前锋。

1940年初，第二军奉调第五战区，在鄂西襄樊、宜昌一线，与日军展开江防守备战和陆地攻坚战。战斗持续四五个月之久，双方互有进退，襄樊、宜昌虽得而复失，但该地日军从此再未能前进一步。同年8月，第二军调回湖北建始整补月余，扩编为抗战三大加强军之一。

1941年8月，李由第二军军长调任第一战区第三十四集团军副总司令兼陕东河防总指挥。

1943年，升任第三十四集团军总司令。

1944年5月，日军集结10万精兵，配以10万伪军，由洛阳西犯，妄图攻取潼关后，再经西安、宝鸡直趋四川。蒋介石从胡宗南装备最好的王牌部队第三十四、第三十七、第三十八、第四十集团军中各抽调两个军，又从川军第三十六集团军李家钰部抽调4个师，从西北军第四十军马法五部抽调两个师，共30余万人，令其开赴豫西前线，并命李延年为前敌总指挥，指挥上述大军坚守潼关。李接此委令后，当即用电话向蒋请示道：“胡宗南的部队，有些骄兵悍将，倘有不服从命令的，军长以上者，请示委座办理，师长以下者，我就地惩处。这样我就敢立军令状，如果潼关失守，我自刎人头！”蒋答复说：“师长级的将领，有不听指挥打了败仗者，你可便宜行事。”

战斗近20天，日军撤出灵宝地界。6月25日，第八战区召开灵宝战役检讨会。李延年在会上发言称：“这次战役，本人督导无力，以致没有达成任务，实觉惭愧，我已请求上级给我严重的处分”。受他牵连，由蒋介石于6月23日批示，10名将校军官被严厉处罚。其中，枪毙师长一名，团长二名。

1945年，日本投降前夕，在重庆一次紧急军事会议上，李升任第十一战区副司令长官兼山东挺进军总司令。8月，又兼任山东受降区受降官，负责受理该区日军投降事宜。他命令济南等地日军“守备原防”，一面接收、受降、整编地方游杂部队，一面与日伪合流向解放区进攻。他诬蔑说“鲁南‘奸匪’猖獗”，鼓动所部“早灭匪氛”。10月25日，他指令新编第五路军吴化文部“集中兵力与日军协同”予共军有力之打击。11月3日，吴部自界河北犯。

1946年2月，战区撤销，李延年调徐州，任绥靖公署副主任兼第九绥靖区司令官。

1947年初，徐州绥署改为徐州“剿总”，李改任副总司令（刘峙任总司令），仍兼第九绥区司令官。其间及之后，他又追随蒋介石，多次参与反共内战，但终被中国人民解放军所击败。

1948年11月6日，淮海战役拉开序幕。李奉命放弃海州，率部向徐州龟缩，并由黄伯韬第七兵团作掩护。解放军及时捕捉战机，将李、黄部队一举击溃，并围其残部于碾庄一带。李见势不妙，于次日夜，只率司令部人员奔往徐州。11月中旬，李又奉命率司令部人员飞抵蚌埠，设立指挥所，李任主任(不久，改编为第六兵团司令部，李任司令官)，指挥第三十九、第五十四、第九十六和第九十九4个军，负责南线作战和守备任务。不几日，解放军攻占宿县（存在时间1912年-1992年，今安徽省宿州市），切断津浦铁路徐蚌间的交通。11月下旬，李第六兵团即奉命与黄维第十二兵团一起，向宿县进犯，企图南北夹击，以打通徐蚌间铁路交通。结果，黄维兵团被解放军围于宿县双堆集，李兵团在固镇遭解放军强大阻击。

蒋介石为了解黄维兵团之围，12月初，即命刘汝明第八兵团与第六兵团统归李延年指挥，并特派其次子蒋纬国率战车第二团配属六兵团，进至淮河以北军王集、看町集之线，策应黄维兵团作战，又命杜聿明放弃徐州，率邱清泉、孙元良等兵团南下驰援。结果更惨：杜部在陈官庄、青龙集附近被围，终遭厄运，李兵团在新桥、曹老集以北遭到重创，败回蚌埠，黄维兵团步黄伯韬兵团之后尘又被全歼。为了垂死挣扎，12月下旬，蒋介石即命李延年、刘汝明两兵团退守淮河，其余部队退守江南。但仍无济于事。

1949年1月10日，在人民解放军的强大攻势下。淮海战役以蒋军一败涂地而告终。李慌忙率其残部向南京逃窜。

眼看大势已去，蒋介石便以和谈为缓兵之计，趁机商定迁都台湾，并委京沪杭警备总司令汤恩伯以江防重任，命李延年为副总司令兼金华指挥所主任，统一指挥第七、第八、第十七兵团和第七绥区、第九编练部，以挽败局。

1949年4月21日，解放军百万雄师横渡长江，一举摧毁蒋的“长江防线”。23日，解放南京，宣告蒋家王朝覆亡。继之，又乘胜前进，以秋风扫落叶之势，在各战场追歼蒋军之残部。李延年如丧家之犬，只率少数随员先后向杭州、福州、平潭逃窜。途中，接台北军事当局急电：令李再兼福州、泉州两绥区司令，指挥所有南撤入闽之蒋军，死守福州和平潭。8月中旬，解放军攻占福州，进军平潭岛。李见已四面楚歌，陷于绝境，便把兵权交给参谋长任同堂，只带绥署主任朱绍良等人潜逃台湾。李去台后，即以擅自撤退罪被扣押。当时，陈诚力主处以死刑，终因蒋介石念其反共前功，只判其10年徒刑。他服刑1年被同僚保释后，即幽居台北郊区，忧郁成疾，穷途潦倒，直至终了一生。