后来，他成为河西节度使杨志烈麾下
亚将。广德二年（764年），
凉州被
吐蕃攻陷，杨志烈赴北庭征兵，被伊西北庭留后周逸害于长泉驿。随后李元忠率领五千河西军将为杨志烈报仇，枭首周逸，上报唐廷，唐廷授予他京兆洭道府折冲都尉的官职。
大历二年（767年），唐廷遣宦官焦庭玉来北庭，任命他为伊、西、庭节度兼卫尉卿、瀚海军蕃落等使，此后他屡屡遣使借道
回纥入朝，报告边疆军情。
大历五年（770年）九月，宦官刘全璧来到北庭，加授李元忠为御史中丞。大历七年（772年）八月，
唐代宗赐他姓李，赐名元忠。
大历八年（773年）四月，宦官内寺伯卫朝□来到北庭，宣布了晋升其
宪衔为御史大夫并赐改姓名的诏命，赐衣一袭。
建中二年（781年）七月初一日，
唐德宗正式任命李元忠为北庭大都护、
郭昕为安西大都护，李元忠还获加刑部尚书、宁塞郡王，于建中三年（782年）二月二十七日接到任命。
建中五年（784年，即
兴元元年）五月初五日，李元忠卒于任上，由
杨袭古充当
留后。贞元二年（786年），唐廷在任命杨袭古接任北庭大都护兼伊西庭节度使时，亦追赠李元忠为司空。
李元忠的麾下的书记朱震曾撰写《大唐故伊西庭节度使开府仪同三司刑部尚书宁塞郡王李公神道碑》。明朝时出使西域的使者
陈诚曾目睹并拓下碑文，今已亡佚，但主要内容被
胡广抄录于自己的文集而传世。