在途中，李先念还负过一次伤。行军途中，后卫红十一师在子午镇被敌截断，徐向前、陈昌浩当时跟红十一师行动，急令红十师一部返回支援。正当战斗最激烈时，李先念的臀部和臂部两处负伤，倒地难起。徐向前发现后当即叫人给他包扎伤口，抬上担架，对他说：“你先跟部队走吧!这里我来指挥!”在随后的行军过程中，李先念伤口未愈，有时坐着担架，有时拄着拐棍行走，继续坚持指挥战斗。这次负伤后，打入臀部的一颗子弹一直未取出，伴随了李先念60年，李先念去世后火后，家人特意把这颗子弹从骨灰中找出，作为永久的怀念。
红四方面军全体指战员历经磨难，转战突围，于12月10日夜胜利渡过汉水，进驻上元观地区，终于摆脱了敌人的追堵，取得了立脚和休整的时机。
红四方面军进入陕南不久，决定进军川北，建立以川北为中心的川陕根据地，部队刚在陕南落脚，又要进军川北，许多指战员缺少思想准备。李先念与倪志亮等研究后，决定分头下到各团，进行深入的思想动员。1932年12月19日倪志亮、李先念率全师从林家坪出击，向川陕地区行进。行进途中，李先念率领队伍击溃敌军反扑，并积极进行创建革命根据地的工作。
红军入川的胜利，震惊了国民党反动派。1933年2月中旬，川北军阀田颂尧根据蒋介石的指令，分兵左、中、右三个纵队向红四方面军围攻。红十一师根据总部的部署，由李先念率红三十一、三十二两个团，去南江西南木门、长池一带，抗击敌左纵队。在战斗中，李先念再次负伤，没几天，伤口刚一愈合，李先念便立即投入了战斗。历时4个月，反三路围攻胜利结束，反三路军围攻的胜利，为红四方面军在川陕根据地立下脚跟打下了坚实的基础。
不久部队改编，红军由4个师扩编为4个军，年仅24岁的李先念升任红三十军政治委员，李先念在巩固和扩展川陕根据地的过程中，指挥部队参加了一系列战役、战斗。1933年10月，李先念在宣(汉)达(县)战役中，率部奇袭达县城，缴获大批物资。此时，蒋介石令四川军阀刘湘纠集110余个团约20万人，对红四方面军进行了长达10个多月的六路围攻，李先念与红四方面军副总指挥王树声负责西线部队抗击四路敌军。当反围攻作战转入反攻时，徐向前、李先念率三十军及九十三师克巴中，准备进而从西北的黄猫垭、旺苍坝地区，对敌一、二两路实施大纵深迂回，以求围而歼之。
此时张国焘忘了东线浅近迂回作战失掉机会的教训，又从后方打电话令部队向巴中正北的长池方向前进。徐向前说这样迂回太浅，很可能是追着敌人屁股打，张国焘仍固执己见，徐向前感到很为难。这时李先念说：“将在外，君令有所不受嘛，你叫我们往哪里打，我们就往哪里打，我们听总指挥的!”徐向前说：“好!我们来个机断专行，这回就是犯了错误也不听他的，错了我负责。”
在徐向前的指挥下，李先念率三十军沿仪风场、雪山场火速奔袭，抢在敌人之前占领了黄猫垭天险，川军10余个团皆成瓮中之鳖，悉数被歼。10个月的反六路围攻，红军终以全胜告终。李先念作为徐向前的得力助手和方面军的卓越领导人之一，为创建和保卫川陕根据地做出了重要贡献。
1933年10月至1934年8月，红四方面军反六路围攻取得了歼敌8万余人的辉煌战绩，然而连年的征战也给根据地造成了严重困难，同时敌人的新围攻——“川陕会剿”正加紧准备。为冲破敌人的“川陕会剿”，策应中央红军北上，1935年3月28日，红四方面军发起强渡嘉陵江战役，从而标志着大规模转战——长征的开始。
李先念指挥所部参加了强渡嘉陵江战役，并率一部兵力先后攻克了青川、平武，抢占了战略要地摩天岭，打破了敌军夹击红军的计划，保障了主力红军侧翼的安全。
5月，红四方面军决定由三十军政委李先念、九军军长何畏率领三十军第八十八师和九军第二十五师、二十七师各一部，开往小金川地区去迎接转战中的党中央和红一方面军。6月李先念率部进抵懋功后，立即投入迎接中央红军后续部队的紧张准备工作中。6月18日毛泽东、周恩来、朱德、张闻天等人和红一方面军的几位领导人抵达懋功，当晚在天主教堂的东厢房里，亲切会见了李先念。
长期远离党中央，在鄂豫皖和川陕边转战的他，第一次见到这么多中央领导人，心情特别激动，也有一点拘谨。毛泽东对红四方面军的战绩给予很高的评价，李先念向毛泽东等详细汇报了川西北的形势和红四方面军的情况，为党中央确定北上战略方针提供了依据，进一步坚定了党中央率军向川陕甘发展的信心和决心。
两军会合后，围绕战略发展方向问题，张国焘便与党中央发生了分歧。6月26日，中共中央政治局在懋功县两河口召开会议，讨论战略方针问题。28日作出了《关于一、四方面军会合后战略方针的决定》，同时中央军委制定了《松潘战役计划》，规定两个方面军分别组成左、中、右路和岷江支队，向北开进。
李先念带领的红八十八师主力，暂编入右路军行动，归红一军团指挥。8月初中央军委决定放弃松潘战役计划，重新拟定了《夏洮战役计划》，进军部署分左右两路军，李先念随右路军行动。右路军出动后，2月20日中央政治局在毛儿盖再次召开会议，讨论战略行动方向，李先念列席会议，会议作出了《关于目前战略方针之补充决定》。随后，党中央和红军前敌指挥部率右路军，开始了穿越大草地的艰辛历程。
李先念、程世才率领第三十军为右翼，坚决贯彻党中央北进的战略部署。2月29日，李先念与程世才指挥了包座战斗，全歼胡宗南第四十九师，打开了党中央北进的通路。包座战斗，李先念坚持贯彻了前敌指挥部的作战意图和部署，正确地判断敌情，选择战场诱敌深入，围歼援敌，显示了高超的军事指挥能力。同时包座战役的胜利，打开了向甘南进军的通路，为党中央实现北上战略方针，作出了突出的历史贡献。
占领包座后，张国焘固执己见与中央意见分歧，率红一、三军先行北上。9月下旬张国焘发布南下命令。李先念、程世才率三十军撤离包座，再次穿越草地南下川康边。在此期间，李先念深知分裂不得人心，他坚决支持朱德、刘伯承、徐向前等同张国焘的分裂主义作斗争。
1935年6月张国焘宣布取消“第二中央”，成立中共西北局，领导红二、四方面军北上。李先念被任命为北上先遣军司令员兼政委，率领由红三十军直属队和八十九师与总骑兵师组成的先遣军，提前出发，为红二方面军和后续部队筹集途中所需的粮食、牛羊，6月26日李先念率先遣军第三次踏上了穿越草地的征程。历经一个月艰苦行军，北上先遣军终于走出了草地，抵达包座，李先念率领的先遣军为红军三大主力的成功会师做出了不可磨灭的贡献。
西渡黄河，执行宁夏战役计划。危难之时统率西路军千余将士，浴血奋战。西征失败后，率余部数百人，回到陕北。
1936年10月10日，红一、二、四方面军在甘肃静宁、会宁胜利会师，宣告了长征的最终结束。会师后中央军委命令红四方面军一部西渡黄河，执行宁夏战役计划。红四方面军决定派李先念率领红三十军开至靖远附近秘密造船，侦察渡河点，准备渡河事宜。李先念领命后，立即与程世才带领队伍进行紧张的渡河准备工作。
经过一次渡河未成的挫折后，李先念、程世才心中十分焦急，赶紧又察看地形，选择了虎豹口为新的渡口，10月25日在李先念的指挥下，红军“渡河先遣连”的将士终以顽强的斗志战胜了汹涌咆哮的黄河，突破了黄河天险。当晚，李先念、程世才率红三十军全部渡河完毕，然后沿着黄河西岸北进。行进途中，又在兄弟部队的协同下占领了战略要地一条山、五佛寺。
11月11日，党中央和军委下达命令，渡河部队组成西路军，成立西路军军政委员会，执行建立河西根据地和打通远方的任务，李先念被任命为西路军军政委员会委员。这样，从1936年秋至1937年春，西路军两万余人孤军血战河西走廊，上演了中国革命战争史上极为艰难、惨烈、悲状的一幕。李先念统帅的红三十军是西路军的主力部队之一，与数倍于自己的优势敌军血战4个多月，突出表现了他与指战员们赴汤蹈火、义无反顾的大无畏英雄气概。
李先念率红三十军西进于11月下旬集中于永昌迄凉州西北四十里铺一线，而此时马步芳正集中兵力于北线，企图及早消灭西进红军，因而红三十军成了敌人大举围攻的主要目标。在极端困难的条件下，李先念指挥红三十军先后在凉州和永昌之间进行了四十里铺、八坝、水磨关之战，共歼敌4000余人。
从11月上旬至12月上旬，西路军面临恶劣的自然条件，粮食、武器、药品匮乏，同马匪接连不断的厮杀，共毙伤敌6000余人，但自身损失亦重，由过河时的2.1万余人减至1.5万余人，减员得不到补充，战斗力下降。李先念看到许多伤病员缺医少药，境况悲惨时，难过得说不出话来。
1936年12月西安事变爆发，为配合西安事变和平解决，西路军位于永昌、凉州地区不进不退，丧失了乘虚而进的战机，陷入愈加被动的境地。
12月底，西路军根据军委主席团最新指示，再次西进，李先念、程世才率后卫红三十军跟进，进驻临泽东南倪家营子。此时，马敌亦在其前敌总指挥马元海的率领下尾追而来。1937年1月16日中央为策应河东需要，又指示西路军东返。东返中，李先念、程世才组织兵力反击了追兵一部的进攻，但因敌集中兵力在东面防堵，于西路军不利，遂于28日重返倪家营子。马敌发现西路军重返倪家营子，即集中兵力，层层包围，一场历时40个日日夜夜的空前未有的恶战、血战、苦战开始了。
红三十军阵地是敌进攻重点，李先念等领导人冒着生命危险亲临一线指挥。西路军将士团结一心，以一当十，奋勇杀敌，在异常艰苦、恶劣的条件下，先后击毙伤敌万余人。倪家营子血战所显示出的西路军将士的英雄气概，风云为之变色，大漠为之呜咽，雪岭为之惊泣!
从倪家营子突围后，西路军仅剩不足1万人，血战仍在继续。不几天，西路军又损失过半，被迫向南边祁连山区转移，西路军面临着万分危急的形势。
1937年3月西路军军政委员会主席陈昌浩含泪宣布命令由李先念统一军事指挥，并率红三十军主力5个营和总直属支队共1500余人，组成左支队，到西南大山打游击。
李先念具有惊人的革命胆略和坚强的毅力，愈是在革命事业处于艰险危难的时刻，他愈是充满必胜的信心，排除万难。受命于危难之机的李先念，首先是鼓舞指战员们振奋精神，昂头挺胸，决不向任何敌人和困难屈服。根据当时的敌情、地形条件，李先念断然决定率领仅剩的千余人西越祁连山分水岭，甩掉追军，从人迹罕至的冰峰雪岭中闯出了一条生路。
翻过分水岭后，他立即起草电文，向中央及军委报告西路军余部的情况，电文中说到：“现已脱离敌人，深入祁连山中，夜宿雪山，无粮食，仅觅一些牛、羊肉充饥，势被困。但我们决不灰心，执行中央指示，在自动独立与依靠自力的路线上，克服任何困难，求得最后胜利。”部队西进途中，接中央电示：要保存力量，团结一致，设法进入新疆，中央将派陈云等前往迎接。后又指示李先念率部向星星峡行进，中央派人在此地迎接。
在中央指示的鼓舞下，经过47个日夜的艰苦行军，战胜饥饿、严寒、病伤、追敌、暴风雪，穿越号称“死亡之海”的茫茫戈壁滩，李先念终于率领400余人到达星星峡，为党保存了一批战斗骨干，在红军战史上写下了九死一生，可歌可泣的光辉一页。
毛泽东对李先念在西路军建树的卓越功绩和英勇的精神，曾给予高度的评价，称“李先念是不下马的将军”。徐向前元帅也曾经说过：“李先念受命于危难时刻，处变不惊，为党保存了一批战斗骨干，这是很了不起的。”
