Năm Gia Long nguyên niên (1802), được Hữu quân Bình Tây tướng quân Quận công Nguyễn Huỳnh Đức và Hình bộ Thượng thư Tham tri Nguyễn Hoài Quỳnh tiến cử với triều Nguyễn Gia Long, được bổ chức Tri huyện Tuy Viễn, có thời gian bị vu là tham tang, bị mất chức, nhờ hậu quân Lê Chất minh oan mới được phục chức.

Năm 1811, năm Gia Long thứ 9, theo giới thiệu của Hậu quân Lê Chất, Tổng hiệp trấn Bắc thành, Lê Đại Cang được điều ra Bắc Thành, thăng Binh bộ thiêm sự, lo việc từ chương.

Năm 1821, năm Minh Mạng thứ 2, sung chức Biện lý bang giao sứ sự ở công quản Gia Quất lo việc đón tiếp sứ nhà Thanh. Sang năm 1822, ông thăng chức Hiệp trấn Sơn Tây.

Năm 1823, ông được điều đi làm Cai bạ Quảng Nam. Năm 1824, phụ trách huy động hơn 3000 người khơi đào sông Vĩnh Điện dài 1630 trượng, công trình thủy lợi quan trọng ở Quảng Nam. Công trình thành công, ông được vua ban thưởng.

Tháng 9/1824, Lê Đại Cang được điều vào làm Cai bạ Vĩnh Thanh ở cực Tây Nam đất nước. Tháng 5 năm 1825, sông đào Vĩnh Điện ở Quảng bị sụt lở, bị vua quở trách và cách chức nhưng cho cách lưu. Đây là lần cách lưu đầu tiên trong lịch sử. Đại Nam thực lục ghi: “Cai bạ Vĩnh Thanh là Lê Đại Cương vì trước kia trông coi đào sông Vĩnh Điện ở Quảng Nam, bờ sông vỡ lở bị xử tội đồ. Vua đặc cách gia ơn đổi làm án cách lưu. Bộ Lại tâu rằng án cách lưu trước đây chưa có làm qua, xin nên truy thu hết bằng sắc từ lúc xuất thân đến nay, rồi làm bằng cấp của đình thần phát cho giữ lấy, đợi sau được khai phục sẽ xét phẩm trật mà cấp trả lại. Vua theo. Sau lấy đó làm lệ”.

Tháng 9 năm 1826 được vua triệu về Kinh, Tổng trấn Gia Định thành, Tả quân Lê Văn Duyệt dâng sớ tâu xin giữ lại làm Tuyên phủ sứ phủ Lạc Hóa (tức Trà Vinh ngày nay). Vua không cho.

Năm 1826, năm Minh Mạng thứ 7, tháng 11, được đưa về triều bổ Thị lang bộ Hình rồi đến tháng 5/1827 thăng Tham tri bộ Hình. Năm Minh Mạng thứ 8, tháng 7 được vua cử làm khâm sai ra Bắc thành xem xét xử các vụ án hình tồn đọng. Vua dụ rằng: “Bắc Thành gần đây bị vỡ đê, bọn tào trưởng Vũ Xuân Cẩn phải đi phát chẩn, việc án để đọng, không thể chóng làm xong được. Để đọng một ngày thì dân chịu khổ một ngày, ngươi nên thanh lý cho chóng. Hết thảy các án kiện giao cho, cùng án mạng án cướp trong hạt, đến tháng 11 phải xét xử xong. Còn như tạp án tầm thường thì do thành xét xử, đến cuối năm phải xong cả, khiến tào không có án để đọng, ngục không có tù giam lâu, để đáp ý trẫm cẩn thận việc ngục thương xót việc hình”. Tháng 11, đúng thời hạn vua ra hoàn thành nhiệm vụ, trở về kinh, được vua ban khen.

Tháng 9 năm 1828, Lê Đại Cang được điều sang phụ trách quản lý Nha đê chính Bắc thành. Trước khi Lê Đại Cang lên đường ra Bắc, vua Minh Mạng dụ rằng: "Việc chống lụt quan hệ rất lớn. Ngươi là người biết lẽ, trước kia việc hình ngục ở Bắc Thành, ngươi đến nơi là làm xong ngay. Nay trách nhiệm về Đê chính càng nặng nề. Lần này đi, nên hết lòng xếp đặt để cho nước chảy thuận dòng, cho dân càng mừng êm sóng thì công ấy chẳng nhỏ đâu"..

Tháng 11/1828, ông trực tiếp chỉ đạo khởi công đắp hệ thống đê công mới ở Bắc thành với công trình lớn có 18 sở, công trình nhỏ hơn 1000 sở. Tháng 12/1828 được vua ban thưởng vì công trạng trong việc đắp đê. Tháng 4 năm 1829 vì vỡ đê ở Đa Hòa, Kim Quan, bị giáng chức xuống 3 cấp. Tháng 8/1829, công việc đắp đê ở Bắc Thành hoàn tất, các đoạn đê vỡ được gia cố vững chắc, Lê Đại Cang được phục chức. Trong thời gian này, đã biên soạn cuốn sách thống kê hết sức công phu, cụ thể về hệ thống đê công tư ở Bắc thành. Đại Nam thực lục viết: “Đê chính thần Lê Đại Cương dâng sách tổng kê các đê công tư ở Bắc Thành: Đê điều các trấn Sơn Tây, Sơn Nam, Nam Định, Bắc Ninh, Hải Dương và phủ Hoài Đức thuộc hạt thành, đoạn nào đắp tự năm nào, đời nào, đoạn nào ở địa phận xã thôn nào, cùng dạng thức cao rộng bao nhiêu, sổ sách không rõ, từ trước đến nay người lãnh chức Đê chính phàm có sửa đắp, chỉ cứ theo sở tại khai báo mà giao làm, đến khi làm xong, cũng chỉ tới chỗ đê mới mà khám biện thôi. Từ khi Lê Đại Cương chuyên coi việc đê mới đi khắp xem xét. Những chỗ đê gần sát bờ sông, thân đê sụt nứt, chiếu lệ đại công trình mà đắp đê mới, tất cả 18 sở, ngoài ra các đê mới cũ đắp từ đời trước và từ năm Gia Long thứ 2 trở lại, nhiều lần sửa đắp, phàm chỗ thế nước chảy xói nên quý làm đê công, thì theo lệ tiểu công trình mà sửa đắp, chỗ nào thế nước tầm thường nên làm đê tư thì cho dân coi giữ, chỗ nào nên bỏ thì san đi. Đến bấy giờ cứ các đê điều cho đến cống nước ở đê, họp làm sách tổng kê để phòng xem đến”. Tháng 6/1830, do vỡ đê ở Sơn, Lê Đại Cang lại bị cách chức. Tháng 8/1830, khắc phục tốt hậu quả vỡ đê, lại được phục chức và ban thưởng. Được cử kiêm Hình tào Bắc thành.

Tháng 9 năm 1831, được cử làm chủ khảo khoa thi hương ở trường thi Hà Nội. Trong số hơn 20 người đỗ cử nhân ở trường thi này có Cao Bá Quát.

Tháng 10, được quyền giữ ấn triện Tổng trấn Bắc thành và thăng làm thự Binh bộ Thượng thư, Đô sát viện Hữu đô ngự sử. Được vua giao lo phụ trách việc chia lại các hạt Bắc thành, sau khi hoàn thành nhiệm vụ lãnh chức Tổng đốc Sơn – Hưng – Tuyên (ba tỉnh Sơn Tây, Hưng Hóa, Tuyên Quang) kiêm Tuần phủ Sơn Tây, nổi tiếng là chính sự giỏi.

Tháng 11 năm 1831, do ra lệnh chém đầu một kẻ phóng hỏa đốt nhà người khác, bị vua phạt 1 năm bổng. Bị dân hạt Sơn Tây về kinh kiện tội tham nhũng, vua cho tra xét thấy ông không có tội nên triệu về kinh cho yết kiến và dụ rằng: “Người làm việc nhanh, giỏi. Trẫm đã chọn biết. Việc tiểu dân kiện, xét ra là kiện vu, thì tâm tính của ngươi đã rõ rồi. Đại thần vì nước, nên hết sức làm việc nên làm”.  Tháng 7 năm 1832, kiêm lĩnh Tổng đốc Hà Nội - Ninh Bình.

Tháng 10/1832 được triệu về kinh và tháng 11 được giao làm Tổng đốc An Giang – Hà Tiên, kiêm lĩnh ấn “Bảo hộ Chân Lạp quốc”. Trước khi đi nhậm chức, Minh Mạng vời Lê Đại Cương vào ra mắt và dụ rằng: “An Giang là tỉnh mới đặt, trong thì trấn thủ, vỗ về nước Phiên, ngoài thì khống chế nước Xiêm, sự thể rất quan trọng. Ngươi nay cai trị đất ấy, phàm những việc quân, dân, trọng đại cùng thành trì và kho tàng đều nên hết sức lo liệu để phu phỉ ý ta mong ngươi làm được thành công”.

Năm 1833, năm Minh Mạng thứ 14, Lê Đại Cang chủ trì việc xây thành mới An Giang, chấn chỉnh quân đội, huấn luyện binh sĩ tại đây. Chủ trì khai mở đường thủy từ sông Tiền Giang ở Tân Thành thẳng đến sông Hậu Giang ở Châu Đốc dài hơn 3000 trượng. Chiêu mộ được 10 đội quân Phiên (Chân Lạp) xin đặt tên được vua đặt tên là cơ An Biên.

Tháng 6/1833, họa phản loạn Lê Văn Khôi nổi lên, vua ra lệnh cho Lê Đại Cang hợp sức đánh dẹp. Lê Đại Cang được vua cấp kính thiên lý cùng Trương Minh Giảng, Lê Phúc Bảo, Phan Văn Thúy hội quân đánh giặc. Quan quân triều đình trúng kế hỏa công của Lê Văn Khôi nên thua, để Lê Văn Khôi chiếm Định Tường, An Giang, Hà Tiên. Lê Đại Cang làm sở xin chịu tội. Vua cách chức Tổng Đốc cho làm “đới lãnh binh dũng quân tiền hiệu lực”. Được cho tạm quyền quản lĩnh binh dõng dưới quyền, Lê Đại Cang đã tập hợp tàn quân, tuyển thêm binh lính người Việt và người Miên xây dựng một đội quân mạnh trên 2000 người phối hợp với viện binh triều đình phản công giặc Khôi và quân xâm lược Xiêm, tái chiếm lại An Giang và các vùng đất đã mất, kể cả Chân Lạp. Chỉ trong 4 tháng được thăng liên tục các chức Binh bộ Viên ngoại lang, kiêm Phó lãnh binh, rồi Án sát sứ, Bố chính sứ kiêm Lãnh binh và thự lý Tuần phủ An Giang.

Tháng 3/1834, quân Xiêm lại động binh uy hiếp Chân Lạp, Lê Đại Cang tâu vua xin đem quân đánh giữ. Sau khi chỉ huy cánh quân theo đường bộ Quang Hóa phối hợp các cánh quân theo đường thủy do Trương Minh Giảng chỉ huy đánh đuổi quân Xiêm ra khỏi Cao Miên. Tháng 6/1834, được thăng Tham tri bộ Binh, Tuần phủ An Giang, được Minh Mạng giao đưa vua Cao Miên từ Việt Nam về nước, lưu lại Nam Vang lo việc bảo hộ Cao Miên.

Tháng 12/1834, vua Cao Miên qua đời, vâng mệnh vua, ông lập công chúa con gái vua Cao Miên làm quận chúa.

Năm 1835, do Cao Miên không có vua, Minh Mạng lập làm Trấn Tây thành thuộc nước ta, ông được bổ làm Trấn Tây tham tán đại thần cùng Trương Minh Giảng giữ chức tướng quân sắp đặt việc kinh lý Cao Miên. Được vua nhiều lần ban khen đã làm tốt chức trách điều hành Trấn Tây Thành. Tháng 7/1835, được quyền lĩnh ấn Tổng đốc quan phòng An Giang – Hà Tiên.

Năm 1836, năm 65 tuổi, xin vua về hưu nhưng vua Minh Mạng không cho, châu phê  “Lão đương ích tráng” và dụ gắng sức ở lại làm việc. Tiếp tục làm Tuần phủ An Giang kiêm Trấn Tây tham tán đại thần.Tháng hai 1838, loạn người Cao Miên nổi lên ở Hải Đông, Khai Miên, thổ binh Cao Miên ở đây theo loạn đảng, Lê Đại Cang bị quy tội “khinh nhờn”, bị cách chức Tuần phủ An Giang kiêm Trần Tây tham tán đại thần, phải theo quân thứ Hải Đông hiệu lực. Trương Minh Giảng cũng bị quy tội bao che cho Lê Đại Cang, bị khiển trách. Tại đạo Trà Gi, quân thứ Hải Đông, Lê Đại Cang đã đứng ra huấn luyện binh đội ở đây từ yếu thành mạnh, có sức chiến đấu cao rồi đem quân kéo tới hợp với binh triều của Trương Minh Giảng, Dương Văn Phong đánh dẹp loạn đảng và giặc Xiêm. Giảng và Phong đem việc ấy tâu vua Minh Mạng mong vua cho Lê Đại Cang đoái công chuộc tội, nhưng vua không bằng lòng, còn truyền rằng: “Đại Cang bị cách hiệu, sao dám tự tôn mình là đại tướng, chẳng sợ phép nước, chẳng kiêng công luận. Vậy Đại Cang phải tội trảm giam hậu, Trương Minh Giảng giáng xuống làm Binh bộ thượng thư, còn Dương Văn Phong giáng 3 cấp”.

Bị đưa về triều giam ít lâu rồi bị phát đi ở đồn điền ở Nguyên Thượng.

Năm Thiệu Trị thứ nhất, 1841, tháng 7, được vua Thiệu Trị phục chức Viên ngoại lang, khâm sai Bắc kỳ biện lý bang giao sứ vụ lo việc bang giao với Trung Quốc. Tháng 10 cùng năm được giao nhiệm vụ làm khâm sai mang cờ biển đi đến các nơi hành cung, sứ quán ở Hà Nội, Bắc Ninh, Lạng Sơn xem xét công việc chuẩn bị cho việc thụ phong của vua Thiệu Trị. Hoàn thành tốt việc đó, tháng 12, được thăng thự Bố chánh sứ Hà Nội.

Sau hơn 1 năm làm Thự Bố chánh sứ Hà Nội, tháng 10/1842, năm 72 tuổi, xin về hưu, được vua Thiệu Trị chuẩn y.

Năm 1842, ông về quê khôi phục từ đường họ Lê ở làng Luật Chánh, lập ra chùa Giác Am để tu tâm dưỡng tính và lấy hiệu là Giác Am cư sĩ và lập Văn chỉ Tuy Phước làm nơi tụ họp văn nhân Tuy Phước, Quy Nhơn chăm lo khuyến tài khuyến học ở quê hương.

Ông mất tại quê nhà ngày 24 tháng 8 (âm lịch) 1847, thọ 76 tuổi.