Sau khi Lý Hùng qua đời năm 334 và người cháu Lý Ban lên kế vị, theo chiếu chỉ của Lý Hùng, Lý Thọ là một trong những đại thần then chốt trong việc điều hành triều đình, cùng với Hà Điểm (何點) và Vương Côi (王瓌). Ông đã không tham gia hay chống lại âm mưu của hai con trai của Lý Hùng là Lý Việt (李越) và Lý Kỳ để lật đổ Lý Ban. Sau khi Lý Việt ám sát Lý Ban trong cùng năm và lập Lý Kỳ làm hoàng đế, Lý Thọ đã được phong làm Hán vương và ban đầu vẫn tiếp tục kiểm soát triều chính. Khi người anh em họ của Lý Kỳ là Lý Thủy (李始) mời Lý Thọ cùng mình hạ bệ Lý Kỳ, Lý Thục đã từ chối và Lý Thủy quay sang cáo buộc Lý Thọ phản nghịch, song Lý Kỳ thay vào đó đã lệnh Lý Thọ đi đánh anh trai của Lý Ban là Lý Ngọ (李玝), người trước đó đã cảnh báo với Lý Ban về âm mưu của Lý Việt và Lý Kỳ. Lý Thọ đã gửi sứ giả đến thuyết phục Lý Ngọ chạy trốn và để cho Lý Ngọ một con đường. Lý Ngọ đào thoát đến Đông Tấn. Sau chiến dịch này, Lý Kỳ phong cho Lý Thọ làm thứ sử Lương Châu (nay là bắc bộ Tứ Xuyên), tại Phù Thành (nay thuộc Miên Dương, Tứ Xuyên).

Dưới thời Lý Kỳ trị vì, vị hoàng đế này luôn nghi ngờ Lý Thọ có thể nổi loạn, và Lý Thọ thường xuyên phải lo lắng về sinh mạng của mình. Cả hai anh em Lý Kỳ và Lý Việt đều lo sợ ông. Vì vậy, bất cứ khi nào Lý Thọ đến kinh thành Thành Đô, ông đều lệnh cho các thuộc hạ gửi báo cáo sai rằng quân Hậu Triệu hoặc Đông Tấn tấn công, nhờ vậy ông ta có thể quay về với lý do phòng thủ. Năm 338, Lý Thọ tham khảo ý kiến của ẩn sĩ Cung Tráng (龔壯), người này khuyên ông nổi loạn và tuyên bố mình là chư hầu của nhà Tấn. Lý Thọ sau đó lập kế hoạch tấn công cùng với các quân sư La Hằng (羅恆) và Giải Tư Minh (解思明). Lý Kỳ nghe được một số tin đồn về việc này, đã nhiều lần cử hoạn quan Hứa Phù (許涪) đến để do thám Lý Thọ và đầu độc huynh đệ nuôi của Lý Thọ là Lý Du (李攸). Lý Thọ phản ứng lại bằng cách giả mạo một bức thư từ người anh em đồng hao là Nhâm Điệu (任調), trong đó nói rắng Lý Kỳ định bắt và giết chết Lý Thọ. Lý Thọ sau đó đưa lá thư cho các binh sĩ của mình xem. Các binh lính tin lời Lý Thọ và chấp thuận hành quân về Thành Đô.

Lý Kỳ đã không dự liệu được cuộc tấn công này, hơn nữa, người kế tự của Lý Thọ là Lý Thế, một viên quan cai quản cận binh kinh thành, đã mở cổng thành nghênh đón quân của phụ thân. Sau đó, Lý Thọ ép Lý Kỳ ra lệnh hành quyết Lý Việt và một số triều thần mà Lý Kỳ tin cậy. Lý Thọ về sau giả mạo một chiếu chỉ của Nhâm thái hậu để phế truất Lý Kỳ và giáng cựu hoàng đế thành Cung Đô huyện công. Lý Kỳ sau đó đã tự vẫn.