1940年春，得悉八路军总司令朱德由武乡赴洛阳开会途经其驻地时，曾派兵一个连前往迎接并设宴款待。当晚，朱德就团结御侮抗日及民主等问题，同李家钰促膝磋谈至深夜。当时，第一次反共高潮刚刚过去，朱德举杯问道：“其相兄，他日你若奉命与我军兵戎相见，你当如何？”李举杯道：“我当效晋文公退避三舍再战。”两人相视而笑。次晨，朱德一行跨越晋（城）博（爱）公路日军封锁线时，李家钰为安全计，增派一个加强连，掩护朱德顺利过境。对八路军的游击战术，李家钰亦颇赏识，曾多次派遣所部军官到八路军游击训练班学习。当时，第三十六集团军担负河南陕县、渑池、灵宝、阌乡一带黄河防务，李家钰曾多次派出部队配合八路军及抗日游击队，渡河北击晋南一带日军。

1944年4月，日军发动“河南会战”（豫中会战），第一战区司令长官蒋鼎文和副司令长官汤恩伯先行撤逃，李家钰忧心忡忡，他在师团干部会议上讲话，动情地说：“我们吃了豫西百姓四年饭，现在不能见了日本人就跑。”

5月11日，李家钰命令所部以一部守备河防，以主力第一〇四师在渑池、新安县边界的云梦山抢占有利地形，阻击敌人。12日以后，战况更为紧急。第三十六集团军处于人困马乏、孤军奋战的境地，只好边打边撤，至17日，进入陕县李村乡岳庄一带。当时，国民革命军新编第八军军长胡伯翰遭到从白浪渡河的日军袭击，部队溃乱，胡只身逃脱。李家钰闻讯，即派第一〇四师占领高地，阻击日军。17日晚，李家钰在陕（县）、渑（池）边界的翟延村与西撤的将领刘戡、张际鹏、胡伯翰、谢辅三、李宗豫相遇，当即举行临时会晤，商讨在战区长官去向不明、群龙无首的情况下，如何统一行动、统一指挥，将领们一致推举李家钰为指挥官。李家钰认为，西撤部队人马相挤，争先恐后抢路走不是办法，若遇日军袭击，将损失惨重。随后，画出两条行军道路。由于人数众多，行动不便，李家钰遂决定走这两条道路之间的路，以掩护各部向西转移。

当时，因弹缺粮绝，多日长途跋涉行军作战，官兵饥饿，农民仅有的玉米、杂粮、红薯根等已被前边撤退的部队抢吃一空，后来的部队只能搜寻些野菜、草根煮后充饥。18日，李家钰命参谋长张仲雷率部赶往陕县菜园乡雁翎关筹措粮食。19日晨，因日军一部已在陕县会兴镇渡河，灵宝也有日军驻防。李家钰一面派出数名侦察兵向陕县大营、灵宝等处搜索敌情，一面在雁翎关村外召集官兵训话说：“再饥饿也不能擅入民间抢劫。违犯者，军法处置！”还当场处决了一个抢劫百姓财物的士兵。

此后，各路大军分道西行，李家钰所部担负起掩护友军撤退的任务，这时，从晋南平陆茅津渡过黄河的日军进入陕县城。20日，李家钰率部从雁翎关出发，宿营于陕县张村镇东窑院村。据友军情报，日军千余人由陕县南关太阳渡出发，正追击高树勋部，已进犯到距东窑院村仅10余里处。李家钰判断日军来得不会这么快。同时，鉴于友军正纷纷向西转移，掩护任务急需进行到底，即决定按原计划行军。

21日，李家钰率集团军总部人员继续殿后。在友军各部相继撤退之后，于上午10时从东窑院出发，按原计划向西行目标——南寺院行军。由于对敌情疏于侦察，情况不明，李家钰率部到达张家河谷底时，埋伏在安家山上的日军已居高临下，对其形成包围。中午时分，当缺乏战斗力的总部人员及家属刚登上旗杆岭，早有准备的日军大队人马从山头上冲下来，李家钰率部与敌战斗，背部和左腋下连中两枪和一块弹片，当场壮烈殉国。同时受伤的一个士兵后来回忆说，他跟着李总司令跑，看到李家钰挨了敌人两枪及一块榴弹碎片。李家钰还挣扎着跑了几步，终于倒在了旗杆岭上。同时把鲜血洒在陕县土地上的抗日将士还有200余人。担负殿后任务、跟在总部后边的第四十七军第一〇四师闻讯赶来，在南寺院与日军激战，悬赏募来五名敢死士兵，冲到旗杆岭上，将李家钰的遗体抢回，其遗体旋即被运回四川。

1944年6月上旬，成都各界为李家钰将军举行隆重的公祭和追悼会。四川省政府主席张群称：“其相‘贤人君人，肝脑涂中原，膏液润野草’。”国民政府称其“器识英毅，优娴韬略”，“中原抗战，急赴前锋，喋血兼旬，以身殉国”。对李家钰做了盖棺定论的中肯评价。

11日，重庆《新华日报》发表短评：“我们哀悼李家钰将军抗战殉国”“李家钰将军在此役中杀敌殉国，是应受到全国尊敬的”。著名社会贤达柳亚子在为李家钰撰写的挽诗中有云：“万里中原转战来，前师忽报将星颓。归元先轸如生面，化碧苌弘动地哀。”

22日，国民政府追赠李家钰陆军上将，准入祀忠烈祠，并颁布对他的褒扬令。嗣后，李家钰遗体国葬出殡式在成都举行，其遗体安葬于成都城南红牌楼，并在成都市北门和蒲江县为李家钰各塑建雕像一尊，永葆忠魂。

1984年5月2日，民政部追认李家钰为“在抗日战争中壮烈牺牲的革命烈士”。

2014年9月，李家钰将军入选第一批著名抗日英烈和英雄群体名录。

妻子

夫人王明德

子女

李克熙

三子为李克林

女儿李培源