1938年，李弥先后任第三十六军九十六师二六八旅副旅长、旅长。1939年，升为该军五师副师长。1940年任，李弥任国民党军第八军荣誉第一师师长。

1941年4月1日，日军进攻湖北，李弥奉命增援宜昌，以炮兵猛轰宜昌机场，烧毁日军飞机21架，受到舆论的广泛赞扬。

1942年初，经军长郑洞国的保荐，李弥升为第八军副军长兼湖南芷（江）绥（宁）师管区司令。后第8军开往云南的河口、马关一带，以阻止日军经由越南向云南的进犯。李弥留在芷绥师管区。

1943年底，他返归第8军，在马关的古木，主持第八军的干部训练班。

1944年5月，驻印度的国民党军和滇西远征军经过整训后，同时向缅北和怒江以西的日军发起攻击。第八军奉命从保山开赴龙陵县，增援滇西远征军左翼军，担负攻打松山高地的任务，松山地处怒江西岸，山峦叠嶂，地势高耸，是经惠通桥到龙陵的交通要道。1942年日军侵占此地后，多次加修工事，易守难攻。

1944年7月，第八军军长何绍周指挥部队与固守松山高地的日军五十六师团二三联队反复争夺，两月余未能攻下。李弥接替指挥，他集中火炮，近距离直接瞄准日军坚固工事，由美军飞机配合，低空投弹，遂将日军工事摧毁。9月，克复松山，全歼守敌。在这次艰苦、激烈的反攻战中，该军一师三团伤亡三千多人，整编时仅存一连人。

1945年6月28日，晋升少将。11月，蒋介石将第八军调往“剿共”的内战前线。李弥即率部由香港九龙出发，乘美国海军第七舰队船只开往青岛。

1946年7至10月间，李弥指挥第八军，先后向淄博、益都、平度、掖县等地进犯。该军第一〇三师第三〇九团在平度、掖县被解放军包围，被歼灭两个营。12月，第八军奉命回守潍县。李弥不愿放弃已经抢占的地盘，将所属三个师配置在沙河、昌邑、潍县。结果第一六六师在沙河被围，一个团被歼，团长被俘。

1947年5月，第八军改为整编第八师，李弥任师长。7月，国民党军发动了“南麻战役”，李弥率该部六个团在临朐阻击解放军时被包围。9月，整编第八师配合第二十五师、第五十四师从烟台、潍县再犯胶东。李弥沿线设防，兵力分散，在昌邑、掖县又被解放军消灭两个团。11月，整编第八师扩编为整编第八军（兵团级），李弥任军长。11月，任国民党军整编第八军中将军长。

1948年7月，李弥升任国民党军第13兵团中将兵团司令官。9月22日，正式晋升为国民党军陆军中将。11月6日，淮海战役开始。这天，解放军在徐州以东的新安镇、碾庄地区，将黄百韬的第七兵团包围。邱清泉兵团和李弥兵团奉命从徐州向东，分别沿陇海铁路南北侧推进，前往解围。李弥指挥第八，第九两军在太平庄、麻谷子和大庙山、石灰窑等地，与解放军的阻援部队展开激战。黄百韬兵团覆没，陇海铁路被切断，解放军逼近徐州。11月下旬，李弥兵团留守徐州。12月初，邱，李两兵团被围在永城东北。

1949年1月10日，邱、李两兵团的阵地被解放军全面突破后，李弥从淮海战场逃脱，自徐州、济南，经青岛南下。蒋介石在浙江奉化召见他，决定重建第十三兵团，仍任李弥为司令兼第八军军长。

1949年6月，李弥经广州到达昆明，云南地方政府不欢迎，只得改移重庆。9月，李弥率部经泸州移驻云南的沾益、曲靖等地，原驻滇东南余程万的第二十六军，拨归第六编练司令部指挥。12月9日，卢汉及其军政人员率部起义，李弥等国民党军将领在昆明被扣。为解除国民党军对昆明的围困，卢汉拟将李弥、余程万放回。李、余也表示出城后，愿说服进攻昆明的国民党军向解放军投诚。但李弥离昆后，即与陆军副总司令兼参谋长汤尧商议，将部队撤到滇南的开远、蒙自一带，准备重整军队，卷土重来。

1950年1月，李弥奉召去台湾。不久，李弥所指挥的第八军，第二十六军除少部分出逃至缅甸外，大部被歼灭在境内。9月，蒋介石派李弥等人到缅甸北部，纠集外逃残部和部分土顽武装，组成“反共抗俄救国军滇南边区第一纵队”。12月，李弥被委为“云南省人民反共救国军总指挥”，“云南省政府主席兼云南绥靖公署主任”。

1953年1月，在缅国民党军残部改称“云南反共救国军游击总部”。缅甸政府对李弥残部进行军事围剿；同时向联合国提出控诉。蒋介石当局将李弥残部改为“东南亚自由人民反共联军”。

1954年，率大部分部队撤退台湾。

1964年，以国民党军陆军中将衔退役。

李弥曾任台湾当局“国民大会”代表，中国国民党第七届候补中央委员、第八届中央委员和第九届、第十届中央评议委员，“光复大陆设计研究委员会”委员等职。

1973年12月7日，李弥因心脏病突然复发而逝世。21日被追赠为陆军二级上将。

1948年11月，淮海战役中，李弥所率13兵团的主要任务为掩护主力部队撤退。不甘心自损实力的李弥为了保存13兵团实力，接到“不公平”的撤退命令后，决定率领13兵团甩开主力部队脱离包围圈。11月28日晚，杜聿明命令李弥的13兵团负责掩护撤退，按照杜聿明制定的部队撤退计划，徐州“剿总”的几个兵团应从河南永城经安徽萧县一路穿越解放区，然而李弥没有从萧县经过，计划带着部队超过主力向山东薛家湖（山东省日照市莒县夏庄镇薛家湖村）进发。

确定了逃跑计划和路线，李弥在徐州召集了一次13兵团师级以上干部会议。会上，李弥下达指令：“这次行动非比寻常，解放军华东、中原两大野战军要把我们一口吞下去，因此，我们要迅速脱离和解放军的接触，不应受制于徐州主力的牵制和影响。我要求各部在3天内越过解放军先头部队，赶到薛家湖，为了行动快捷，应轻装上阵。”13兵团离开徐州一路向西，李弥一方面催促部队加快进程，另一方面一再叮嘱手下的几个军长注意避开其他兵团，以免被拖累。后被通讯营长通过电话向杜聿明报告了李弥的位置。杜聿明震怒，要求李弥停止行动，赶到总部接受新任务。

接到杜聿明通知的李弥派下属第8军军长周开成去总部接受任务。南京方面下达了蒋介石新的命令，让杜聿明停止撤退，解救被困在安徽濉溪口一带的黄维兵团，并阻击解放军。后其下属42师传来告急电，称在萧县被解放军包围了，希望大部队能派飞机帮忙突围。李弥于12月4日下午，派出空军、炮兵和装甲部队接应24师。但很快被解放军就地消灭。

李弥的第13兵团九军与徐州“剿总”第2兵团及直属部队约30万人一起，被解放军困在了方圆不足十公里陈官庄一带。1949年1月7日，解放军攻占李兵团司令部驻地。李弥告诉属下自己要去与杜聿明商讨应对计划后，匆匆带着几个亲信，想趁乱逃出解放军包围圈。迷失了方向的李弥跑到了九军三师师长周籓的营地上。在周籓等人晚上去和解放军谈判的时候，李弥叫上了一名亲近的护卫，换上伤兵的衣服，李弥带着护卫汪新安一路出逃，伪造身份，隐姓埋名。李弥一路伪装成伤病，首先来到汪新安堂兄砀山县唐寨西汪阚庄地主汪涛家里。他自称是国民党军医，在汪涛家里藏了起来。地主高大荣曾是黄埔军校学员，其母亲是汪涛的亲姑母，李弥便到了高家隐蔽。

高大荣找到在高寨区政府工作的表侄宋开元，请他为一个家在山东的老乡弄个路条，并为李弥编造一套假身份。高找人刻了个砀山县政府的大印，按照高寨区路条的内容，盖上假的县大印，由高大荣把李弥护送到李弥的商人朋友那里，商人当即把他二人送往密室隐藏起来。这位商人之后乘着向青岛运送军粮的机会，把李弥装入麻袋混过了检查站，逃出解放区，从青岛乘船辗转回到南京。

1950年1月25日，国民党第8军主力被歼灭，生俘汤尧及第8、第9军军长以下6000余人。残余逃入缅境，主要有两股力量：第8军237师709团团长李国辉率领的700余人和流亡于缅甸车佛南的原远征军第6军93师200余人；第26军93师278团副团长谭忠率领的600余人。2月下旬，这批部队先后抵达了泰缅边境大其力附近的孟捧地区。后来，二战期间参加过缅甸远征且留在滇南的一些国民党复员军人也加入其中，这三支部队联合组成了一个统一的临时指挥部，并自行命名为“复兴部队”，人数在2200人左右。由于这批部队后来由李弥领导，因此又被称为“李弥部队”。刚刚退入缅甸的李弥部队，补给完全断绝，部队只能变卖一切值钱的东西以购买粮食，不足的就向村民赊借。到3月底，除台湾汇来5万泰铢外，主要依靠当地华侨。4月份，李弥来到泰国并带来个人的储蓄10万美金暂为救急。

1950年9月，蒋介石派原第8军军长李弥来到缅北，纠集残部，收编各路武装，成立“云南人民反共救国军”。开始，国军攻势迅猛，连夺云南4个县城。但后来在3个解放军师的包围下，终于落败，再次退回缅甸。

1952年，李弥部队和缅甸政府军发生大规模冲突，他们与少数民族反政府武装合作一同对抗政府军，并且抢劫当地百姓、种植并贩卖鸦片以弥补开支。这一系列行为对缅甸的主权和安全构成了越来越大的威胁，而美国对李弥部队的援助也引起了缅甸政府的极大不满。

为了彻底打击李弥部队和反政府武装的势力，缅甸军方于1952年11月在掸邦各地区实施军事戒严，并于12月取消了掸邦土司制度，直接施行军政管理，以断绝李弥部队的后援力量。1953年1月8日缅甸军方见时机已然成熟，遂决定向克伦族武装力量发动军事攻击，由于李弥和克伦族、蒙族签订了军事合作计划，因此李弥于2月4日下令全军策应克伦族武装作战。这次驱逐李弥部队的战役再次以缅甸军方失败而告终。

对美方失去信心的缅甸政府在3月17日告知美方：缅方决定自本年（1953年）的6月30日起，停止接受所有来自美方的援助，直至缅甸政府成功驱逐国民党军为止。美缅关系随之降到冰点。3月25日，缅甸外长藻昆卓正式向联合国秘书长提出控诉台方侵略之案，案名为：缅甸联邦所提关于台湾国民党政府侵略缅甸之控诉。缅甸政府希望联合国安理会能够宣布李弥部队侵犯缅甸领土主权、危害国际和平的行径是非法的，并且立即采取措施停止这种侵略行为，要求有关各方尊重缅甸的主权和政治独立，遵守联合国宪章。

4月23日，联大通过决议，谴责外国军队对缅甸领土主权的侵犯，要求其必须放下武器接受收容或立刻离开缅境，呼吁所有国家尊重缅甸的领土主权和独立，建议谈判继续进行，要求所有的国家协助这些军队和平撤离缅甸而不要支援他们。10月24日，台湾当局签署了撤军协定。从1953年11月7日到1954年5月9日，李弥部队共撤退6572人，其中官兵5699人，家属873人。