Năm 762, cả Thượng hoàng và vua Túc Tông đều băng hà. Thái tử Lý Thục tiêu diệt được Trương hoàng hậu và Lý Phụ Quốc, lên ngôi Hoàng đế, tức là Đường Đại Tông.[13] Lý Bí khi đó vẫn ở Hành Sơn, nhưng sau này Đại Tông sai hoạn quan đến mời ông về Trường An. Khi Lý Bí đến, vua Đại Tông xây cho ông một tu quán ở kế bên hoàng cung, và lệnh ông lại phải bận đồ màu tím nữa. Nhà vua hay đén chỗ Lý Bí với trang phục thường dân, để tìm lời khuyên về những vấn đề quan trọng của đất nước. Vua còn sai hoạn quan Ngư Triều Ân xây cho ông một ngôi nhà nghỉ dưỡng, rồi định cho ông làm Tể tướng, nhưng ông từ chối. Trong dịp lễ Đoan Ngọ, khi các đại thần đều dâng quà lên vua Đại Tông, thì nhà vua phát biểu rằng người mà ông muốn được nhận quà nhất là Lý Bí. Lúc này Lý Bí theo chế độ của người tu hành, không ăn thịt uống rượu, và sống độc thân. Nhà vua muốn ông ăn uống như người bình thường, và cưới vợ, rồi vào triều làm quan. Dưới sự thuyết phục của nhà vua, Lý Bí đã cưới một phu nhân là cháu của cố lưu hậu Sóc Phương Lý Vĩ (李暐). Vua Đại Tông còn trao tặng cho ông một dinh thự và cho ông có thể vào ở trong cung nếu muốn.

Năm 769, Lý Bí xin gia tặng danh hiệu cho Lý Đàm. Đại Tông hỏi

Lý Bí nói

Bèn có chiếu nói Lý Đàm trong lúc gian nan thủ định đại mưu, có công trung hưng, truy phong Thừa Thiên hoàng đế (承天皇帝)[16][17], đem bài vị thờ chung với Phụng Thiên hoàng đế Lý Tông - con trưởng của Đường Huyền Tông, nghênh quan tài từ Bành Nguyên về triều.

Năm 770, Đường Đại Tông về tể tướng Nguyên Tái giết chết Ngư Triều Ân. Kể từ đó Nguyên Tái trở nên chuyên quyền. Do căm ghét Lý Bí được vua trọng dụng, Nguyên Tái gièm pha rằng Lý Bí là đồng đảng của Triều Ân. Đại Tông lúc đó e ngại thế lực của họ Nguyên, đành phải dời Lý Bí đến trấn Giang Tây [18] phục vụ dưới trước Tiết độ sứ Ngụy Thiếu Du (魏少遊).[17] Đến năm 777, Đại Tông giết Nguyên Tái, và triệu Lý Bí về trào. Tuy nhiên, tể tướng mới là Thường Cổn cũng không ưa gì Lý Bí, nên tìm cách nói với Đại Tông rằng nếu có ý trọng dụng Lý Bí làm tể tướng trong tương lai, thì nên cho ông ta ra ngoài địa phương để học hỏi. Vì thế năm 779, Đại Tông cử ông đến làm Thứ sử Sở châu [19], đồng thời giữ chức Đoàn luyện sứ hai châu lân cận Lãng, Hạp.[4][20]. Sau dời làm Thứ sử Hàng châu[21], trong thời gian ở địa phương có nhiều thành tích.

Cũng năm 779, Đại Tông băng hà. Thái tử Thích lên nối ngôi là vua Đường Đức Tông.[20] Khi trước Đức Tông còn là Quận vương từng theo học với Lý Bí, tuy nhiên trong những năm đầu trị vì ông không được nhà vua trọng dụng. Mãi đến năm 784, phản quân Kinh Nguyên làm loạn, Đức Tông phải bỏ chạy đến Lương châu[22], rồi vua triệu Lý Bí cùng Thứ sử Mục châu [23], đến cứu viện cho triều đình. Cuối năm này phản quân bị dẹp yên, Đức Tông trở về Trường An, phong Lý Bí làm Tả Tán kị thường thị (左散騎常侍), chức quan đứng đầu Môn hạ tỉnh. Từ thời điểm này các đại thần và người dân đều rất phấn khích chờ xem Lý Bí sẽ dâng lên nhà vua những mưu sách gì. Đương thời Lý Hoài Quang làm phản ở Hà Trung [24], và Đức Tông lo sợ biến loạn sẽ còn kéo dài, nhưng Lý Bí an ủi nhà vua rằng Lý Hoài Quang không đủ uy quyền để khiến các tướng sĩ dưới trướng phục tùng, khiến Đức Tông được yên tâm phần nào. Trước đây Hà Bắc tứ trấn (Điền Duyệt, Vương Vũ Tuấn, Chu Thao, Lý Nạp) liên minh chống Đường, Đức Tông đã xá tội cho họ để tập trung lực lượng đánh Chu Thử. Về phần Lý Hoài Quang nguyên là tướng triều đình trở cờ làm phản, Đức Tông cũng có ý xá tội luôn, nhưng Lý Bí ngăn cản đi. Ngược lại thì ông nói giúp cho Hàn Hoành, Tiết độ sứ Trấn Hải [25], người đang bị Đức Tông nghi ngờ có mưu đồ chống đối. Nghe lời lời khuyên của Lý Bí, Đức Tông gửi một đoàn sứ giả, bao gồm con trai của Hàn Hoành là Hàn Cao (đang làm con tin ở Trường An) đến Trấn Hải để thể hiện sự tin tưởng của nhà vua với Hàn Hoành. Đáp lại, Hàn Hoàn đã gửi về Trường An số lượng lương thực giúp Quan Trung được phục hồi sau nạn đói.[26]

Năm 785 (張勸), Trương Khuyển, Tiết độ sứ Thiểm Quắc[27], bị thuộc tướng là Đạt Hề Bão Bão ám sát để đoạt chức. Đức Tông lo ngại Bão Bão sẽ liên kết với Lý Hoài Quang, vì thế gửi Lý Bí đến Thiểm Quắc để ổn định tình hình. Ban đầu ông tuyên bố rằng chỉ đến đây để đảm bảo rằng nguồn cung cấp lương thực sẽ tiếp tục được chuyển tới Trường An, hứa với Bão Bão rằng ông sẽ tiến cử ông ta lên làm Tiết độ sứ. Tuy nhiên, sau khi giải quyết ổn Phòng ngự sứ để trông coi công việc ở trấn (thay vì Tiết độ sứ).[26] Năm 786, Lý Bí cho xây dựng một con đường vận tải đường bộ, để tránh những thác ghềnh mà tàu thuyền có thể gặp phải khi đi từ sông Vị đến Hoàng Hà. Năm 787 khi binh sĩ ở Hoài Tây[28] được gửi đến phía tây tham gia chống quân Thổ Phiên xâm lấn, nhưng họ lại đào ngũ giữa đường và quay ra cướp bóc dân chúng trong vùng kiểm soát của Lý Bí, và ông đã cho quân đàn áp chúng.[29]