Lê Thụy Hải tham gia đội bóng đá Đường Sắt từ cuối năm 1965, và kết thúc sự nghiệp những năm đầu thập niên 80.Thời đỉnh cao,ông được triệu tập lên Đội tuyển quốc gia.Ông cùng Mai Đức Chung là 2 người ghi bàn trong trận đấu nổi tiếng giữa CLB Cảng Sài Gòn và CLB Tổng cục Đường sắt – trận bóng giao hữu đầu tiên giữa hai miền Nam – Bắc sau ngày thống nhất.Ông có biệt danh "Hải lơ"do các đồng đội đặt cho.

Năm 1980, ông cùng CLB Tổng cục Đường sắt vô địch quốc gia lần đầu tiên[4].

Năm 1994,ông quyết định giải nghệ.