甲午戰後，積極支持並參與維新活動。在京任職期間結識了康有爲、梁啓超等，並把梁介紹給當時陝西積極宣傳西方民主與科學思想的劉古愚。他還爲黃遵憲、汪康年等創辦的《時務報》募收捐款，積極協助報館推銷報紙，爲宣傳維新變法做出了貢獻。戊戌變法期間，他始終與康、梁和嚴復等維新派保持聯繫；經常往來於光緒帝與維新志士之間，使維新派的新政建議迅速上達，將光緒帝的意圖轉告維新派，還將中樞的機密情報透露給在天津主辦《國聞報》的嚴復，使支持和同情變法的官僚士大夫們瞭解中樞動向。他積極條陳新政事宜，曾向光緒帝上奏，請求廢除三跪九拜等繁縟禮儀，裁汰各官僚機構中的冗官冗員，撤除或合併翰林院、詹事府等閒散衙門，精簡中樞重疊的辦事機梗喚ㄒ榍逋⑴稍鋇轎鞣?國家購買西服，以取代長袍馬褂。光緒帝肯定了他的建議，並準備祕密派使臣到西方國家購買西服。但此舉受到慈禧與守舊官僚的攻擊，咒罵李是「漢奸」，企圖「用夷變夏」。
二十四年（1898）正月與宋伯魯等創立關學會於京師；八月，戊戌變法失敗，以慈禧爲首的頑固守舊勢力幽禁光緒帝，並下令大肆搜捕維新人士。李聞知消息，急忙通知宋伯魯和其他維新派人士從京師逃走，他自己也躲入意大利駐華公使館避難。由於外國公使干預，李才免遭殺身之禍，但受到嚴厲處分，清廷降旨對他「革職永不敘用，並拿問」。同年回到陝西，暗地裏仍與一些講求新學的進步知識分子來往，堅持同頑固腐朽勢力進行鬥爭。三十一年（1905）秋去上海，應好友張元濟之邀，到商務印書館任編輯，一度還在中國公學兼授國文課程。在此期間，與康有爲、梁啓超等人仍有書信來往，還與梁啓超合著《中國六大政治家》一書。他的著作《春冰室野乘》《郢雲詞集》和《國史讀本》等也於此時出版。
辛亥革命後，受北京政府邀請，赴京擔任清史館編修，撰寫了不少列傳、記事。1915年後，還給《甲寅》雜誌等報刊撰寫評論文章。1922年回到西安，名義上是陝西省長公署祕書長及督辦公署祕書，實際上沒有做過什麼事情。後應邀主編咸陽縣誌，但始終未能動筆。由於政治上失意，晚年思想消沉，後又染上鴉片煙癮，1927年去世。