Nhân lúc Nguyễn Nhạc thua trận, tướng Nguyễn là Tống Phúc Hiệp lại từ Bình Khang ra đánh Phú Yên, quân Tây Sơn lại thua phải co về Quy Nhơn. Giữa năm 1775, em Nguyễn Nhạc là Nguyễn Huệ từ Quy Nhơn vào đánh chiếm lại Phú Yên. Nhân lúc quân Trịnh ở Quảng Nam bị dịch bệnh, Nguyễn Nhạc lại điều Nguyễn Huệ ra đánh Quảng Nam. Nguyễn Huệ ra bắc để lại Lý Tài giữ thành Phú Yên. Bất mãn vì mất chức chánh tướng về tay Nguyễn Huệ, ông nghe theo lời dụ của Tống Phúc Hiệp, mang thành Phú Yên sang hàng chúa Nguyễn[4].

Đầu năm 1776, Nguyễn Nhạc sai Nguyễn Lữ mang quân theo đường thuỷ vào đánh Gia Định. Nguyễn Phúc Thuần bỏ chạy về Bà Rịa. Lý Tài cùng các tướng Nguyễn là Đỗ Thanh Nhân, Mạc Thiên Tứ, Tống Phúc Hiệp tụ tập mấy cánh quân theo nhiều đường kéo về Nam Bộ tiếp ứng cho chúa Nguyễn. Nguyễn Lữ phải rút về Quy Nhơn.

Tháng 10 năm 1776, Nguyễn Phúc Dương bỏ trốn từ Quy Nhơn về Gia Định, gọi Lý Tài làm vây cánh. Giữa lúc Tống Phúc Hiệp qua đời, ông nảy sinh mâu thuẫn tranh giành quyền lực với tướng quân Đông Sơn là Đỗ Thanh Nhân. Bị Thanh Nhân khinh thị, Lý Tài mang quân đánh nhau với Thanh Nhân. Ông chỉ huy Hòa Nghĩa quân đánh úp quân Đông Sơn. Thanh Nhân chống cự không nổi, phải đắp lũy từ sông Bến Nghé đến Bến Than để cố thủ.

Tháng 11 năm 1776, Lý Tài ép Phúc Thuần nhường ngôi cho Phúc Dương làm Tân chính vương, còn Thuần làm Thái thượng vương. Ông được Nguyễn Phúc Dương phong là Bảo giá đại tướng quân.

Tháng 3 năm 1777, Nguyễn Nhạc lại cử Nguyễn Huệ làm tướng mang quân thuỷ vào đánh Gia Định lần thứ 2. Lý Tài thua trận, bỏ chạy khỏi thành, đưa 2 chúa Nguyễn về Hóc Môn. Sau đó ông lại bị thua trận phải rút khỏi Hóc Môn, nhưng bị quân Tây Sơn phong tỏa nên ông cùng đường buộc phải mang tàn quân chạy về Ba Giòng - căn cứ quân Đông Sơn của Đỗ Thanh Nhân. Kết quả Thanh Nhân mang quân Đông Sơn ra đón đường chặn đánh, tiêu diệt gọn tàn quân Hòa Nghĩa và giết chết Lý Tài[5]. Không rõ năm đó Lý Tài bao nhiêu tuổi.