宣统元年（1909年），李经羲任云贵总督。任内主张办矿业筑铁路，开办实业，充实边地，为发展矿业筹集资金，提出试办滇矿公债。先是，法商兴隆公司在光绪二十八年（1902年）已从清政府手中攫取了昆明等七府厅采矿权，引起云南留日学生及各界民众的坚决反对。李经羲组织“矿物调查团”与法商交涉，至宣统三年（1911年）八月，清政府用155万两白银赎回了采矿权。他认为在云南修筑铁路可以便利交通，联络西南诸省，厚集人力财力，以防法人入侵，便利矿产开发；除拟将滇蜀路收归国有，还筹办滇桂路。为开办新式学堂，李经羲奏请将全省划为五个区，分设模范中学及初级师范各一堂。他还遵旨在云南认真筹办宪政。在英国强占片马时，上折要求外务部坚持声明英为非法，并报海牙保和会，请求公断。与缅交界的腾龙地方，发现外国人过界羁耕时，即饬边界处官员按亩履勘，将英人所立仅有英文的界桩，要求及时补立正式中英文界碑。宣统年间，民变蜂起。宣统元年（1909年）川省定乡兵变，“叛兵”入云南中甸，群起响应，几有星火燎原之势。李经羲闻报，一面电调丽江、大理等防营星夜赴援，一面饬令丽江知府飞派兵丁扼截江流，该“叛兵”未得渡过桩堑，“遂困穷边”。宣统二年（1910年）正月，昭通府群众为求免“路服”、“新政”各捐，传单聚众，声势汹汹，李经羲节饬严拿首犯，抓获十余人加以惩办。不料二月又有威宁州关塞一带“邪匪”李老么等纠集民众，竖旗起义，分三路攻昭通府城，李飞调援兵加以镇压。

宣统三年（1911年）夏秋之际间，四川爆发保路运动，云南军界亦跃然欲试。武昌起义爆发，云南陆军高级军官蔡锷等人常在罗佩金、唐继尧家群聚密议。10月下旬，消息外传，李经羲拟将他们分遣各地，以分散革命力量，要罗佩金去安南运军械，李根源赴迤西镇压张文光起义，令陆军小学堂总办李烈钧充当北洋观操员，即日离滇，又在10月28日下令收缴新军枪械严加防范。10月29日晚，新军第七十三标李鸿祥部在北校场提前发动起义，李经羲命令第三十七协统蔡锷进城救援，并以巡防营两个营及辎重营、宪兵营、机枪队等占领五华山以东的武侯祠、劳公祠等高地，向起义军反击，同时加强总督衙门的守卫兵力。蔡锷接李经羲命令后，得知起义军提前行动，乃整队出发攻城。次日（重阳节），各路起义军攻占五华山。10月31日拂晓，起义新军炮击督署，弹中李经羲卧室，梁折屋倾。李经羲从督署后门出，逃匿萧姓巡捕家。然后致书蔡锷、李根源，以三事相约：一、可杀不可辱；二、保护其眷口回籍；三、亦愿为之尽力办事。一天后，蔡锷、李根源与谘议局长张惟聪往见之，乃入居谘议局。居数日，蔡锷等因是其旧属，始终以礼相待。李经羲请离滇去沪养病，蔡锷等同意成行。临行时，批准将存同庆丰银四万余两带走，另送五千余元，并提供所有眷属路费。

离昆明时，李经羲欲将云贵总督关防带走，说“我至香港，尚有奏折至摄政王，以了我之责任”。十月二十六日，他从香港发给内阁请代奏电报中，则隐匿实情，电文中说：“叛兵全力攻署。未正督署失守，王振畿遇害，管带范钟岳战死，羲率溃兵巷战，枪伤仆而复起，扳枪自裁，被巡捕夺去，拥至其家。十二日自出就死，全局议绅皆叛党，劝充都督，始则跪求，继则恫吓，羲誓死责斥，拥入议局，以兵严守，不听自裁，持拒八日，知不可强，九月二十夜严护出境。十一抵港，伤发病亟，暂住医调”。

后李经羲从香港赴上海。1913年2月，王芝祥、于右任等在北京组织国事维持会，李经羲参加该会。同年袁世凯镇压“二次革命”后，于11月另设政治会议代替国会，李经羲任政治会议议员，随后被指定为议长。政治会议开会时，李经羲秉承袁世凯的旨意，提出解散国会建议案。翌年1月，袁世凯颁布约法会议条例。3月，李经羲又兼任约法会议议员资格审定委员会委员长。5月，袁世凯设参政院为大总统最高咨询机构，李经羲被聘为参政。10月，袁世凯将国务院审计处扩大为审计院，李经羲被任命为院长，但未赴任。之后，袁世凯公布《文官官秩令》，1915年1月授给他中卿加上卿衔。12月，袁世凯封他与徐世昌、赵尔巽、张謇为“嵩山四友”，享有在袁世凯面前免称臣免跪拜、赏乘朝舆、临朝时赐矮凳儿，以及赏特种朝服和岁费银二万元等特殊荣宠。1916年初，云南护国军兴起，袁世凯称帝遭到全国各地更加强烈的反对，袁世凯示意李经羲前往云南对蔡锷实行宣抚，李经羲不愿贸然前往，没有追随袁世凯。因此，当袁世凯病死后，北京政府下令惩办帝制祸首，李经羲不但未受牵连，且还为名列筹安六君子中的严复、刘师培等出面说情。

1917年春，李经羲先后任段祺瑞和伍廷芳内阁的财政总长兼盐务署总办。同年夏，北京政府发生府院之争，总统黎元洪免去段祺瑞国务总理职，邀请徐世昌、王士珍出来组阁，未果。李经羲遂出任国务总理。原因是，黎元洪与李经羲和淮军将领张勋等有些关系，由他组阁可望拉拢张勋和安定北洋派。黎元洪取得冯国璋、王士珍的同意后，由王士珍向国会推荐李任国务总理。李经羲鉴于两派斗争激烈，局势十分复杂，待在北戴河一面打电报给张勋询问行止，一面给黎元洪打电报表示不能马上进京。5月28日，倪嗣冲在安徽宣布独立，继后河南、山西、山东、陕西、直隶、奉天、黑龙江、浙江、福建等省纷纷宣布独立，而段祺瑞则在天津成立“各省军务总参谋处”，宣布另立临时政府和临时议会，与北京的黎元洪分庭抗礼。在此严峻局势下，李经羲虽已到了天津，但也只能待在英租界里。黎元洪再三催他赴京上任，并派秘书夏寿康和军事顾问金永炎前往劝驾，李经羲则请黎元洪让张勋进京调停并保驾，然后始可前往。6月上旬，张勋率辫子军进了北京。中旬，李经羲才在张勋伴随下赴任。李经羲到了北京，仍然遭到日本及各地督军的反对，曹锟、张作霖、倪嗣冲等都劝他退职。张勋赶紧联合王士珍替李经羲疏通，冯国璋亦出面调解。当时督军团对内阁发生意见分歧，段祺瑞想利用张勋赶走黎元洪，于6月下旬宣布撤销“各省军务总参谋处”，各省反对之声渐趋缓和。22日李经羲勉强上任，声明愿三个月即行让贤，随即宣布王士珍为陆军总长兼总参谋长，伍廷芳为外交总长，萨镇冰为海军总长，张耀曾为司法总长，谷钟秀为农商总长，龙建章为交通总长，而自兼财政总长。李经羲内阁虽勉强凑成，但因有的人不愿入阁，以致阁员残缺不全。

1917年7月1日，张勋在北京拥戴溥仪复辟，李经羲内阁随之瓦解，成为北京政府历届最短命的内阁。李趁张勋复辟混乱之际，化装成搬运煤炭的工人逃到天津。4日李经羲发出通电，历述张勋复辟经过，自认“躬与其事”，应受“重诛”，张勋“造恶构乱”，“罪不容诛”，但要求网开一面，“容其穷蹙知归”。6日，代总统冯国璋宣布免去李经羲的职务，他从此离开政坛，嗣后由天津移居上海，长期做寓公。

李经羲的住处位于在上海威海路重庆北路路口的储能中学。据说晚年的李经羲已心灰意懒，整天半卧在躺椅上，膝上坐着小孙子李家焕。他老人家把腿一下一下地往上翘，让孙子乘他的“翘翘板”，嘴里还念念有词：“爷爷给你做牛做马噢，爷爷给你做牛做马噢……”令人唏嘘不已。

除了跟小孙子玩之外，李经羲还写诗自娱。他早年就多有诗歌传世，到了晚年，历经磨难，写出来的诗歌多有哀伤之意。曾有《病中自挽》二律：“坠地声中百事乖，毕生哀乐为谁来?惊心梦里钧天乐，转眼人间劫火灰。尘海翻身真不易，蓬山脱屣复何猜。维摩示疾无留恋，花雨缤纷入悟才。”自注：“自乙丑仲夏痼疾增剧，迄于孟夏不消减退。百体皆困，一心了然，仿昔人事例，成生挽诗二首，屡劳逸公存问，录稿奉质，用答眷怀。”可见李经羲的晚年身体并不好，心境也很苦闷，生活并不称心如意。

1925年9月18日，李经羲病逝于上海。

1909年2月，李经羲升任云贵总督，此时距离清朝灭亡只有三年。在任上，李经羲做的一件大事就是开办了云南讲武堂，并兼任讲武堂总办。他曾对学员们宣布，他云贵总督可以不做，但讲武堂不可以不办。这个讲武堂由李根源任协办，由清廷出钱举办，与天津讲武堂和奉天讲武堂并称三大讲武堂，后与黄埔军校、保定陆军军官学校齐名。

李经羲对朱德有知遇之恩。宋路霞的《李鸿章家族的上海轶事》中有这样一件事：朱德早年家贫 ，来报考讲武堂时，因无川资，就迈开双脚，从四川一直走到了昆明。到讲武堂时报考时间已过，门卫不让进，朱德便与门卫大声分辩。适逢李经羲那天正在讲武堂巡视，闻其声派人前来查看。当知道此人是从四川步行到昆明来求学时，料其将来必有大作为，于是当场决定，破例录取。朱德后来多次跟人提起过此事。

对蔡锷，李经羲不光是知遇之恩，可以说是特别对待了。当年蔡锷不得志时，是李经羲把他弄到广西，给了他良好的发展机会；他受广西革命党人排斥之际，又是李经羲把他召到了云南，并且顶住种种压力，请朝廷任命他做了协统。蔡锷在他眼皮子底下进行革命活动，他睁一只眼闭一只眼，全当没看见，有人提醒他：“讲武堂多革命党，虎大伤人。”他也置若罔闻。蔡锷身处困境时，李经羲还资助他500块银元，并收过他的门生贴子，甚至将人家揭发蔡锷反朝廷的密信拿给他看，劝其谨慎从事。