19世纪中叶，由于
民族矛盾、阶级矛盾加剧，云南爆发了遍及全省的各族人民大起义。李维述趁势而起，招募丁壮，举办团练，效忠于清廷。咸丰六年（1856年）九月，
杜文秀登坛拜帅，建立
大理政权。十年（1860年）三月，
杜文秀密约马如龙出师迤西，以断清军后路。四月二十二日，马如龙攻克楚雄城，随即分兵攻占南安（今
双柏县）、镇南（今
南华县）、
定远（今
牟定县）三州县。清军将领褚克昌腹背受敌，被迫退守
云南县（今
祥云县）。这时，李维述认为有机可投，遂绕道往见，被褚封为楚雄协都司，回楚号召八界乡勇，进攻楚雄城，未克，退守妥甸，伺机出击。李维述从此与义军为敌，屡建“功勋”，迁参将，补协镇，署总兵。
同治六年（1867年）十一月，
杜文秀遣大司戎马国春再攻
楚雄。当时，李维述与副将杨国发据城顽抗月余，粮尽援绝，遂佯装议和，以麻痹马部官兵。同时，暗中藏其母于木棺内，以铜锣号声为掩护，假作出殡，乘机偕知府黄紫诏弃城窜奔昆明，被追究失城责任，免职。
同治七年（1868年），
杜文秀率20万大军围省垣，兵临城下。李维述力助总兵马如龙（1862年降清）守城，屠杀为义军内应的大批回族将士合国安、马云龙、马学林等。省城围解，李维述官复原职。
同治八年（1869年）春，随布政使
岑毓英攻陷杨林，李维述乘势攻下一撮缨、肖家山。又与
岑毓宝破石虎岗，打通省城粮道，随即攻占罗平、
楚雄、南安及黑井、琅井、
元永井三井。此时，滇西告急，
岑毓英认为咎在诸将不和，遂令
杨玉科、李维述分别主持大理、丽江及云南（祥云）、蒙化（巍山）、
赵州（
凤仪）军事。同治九年（1870年）三月，李维述进攻镇南，至八月二十五日攻陷，同治帝赐予白玉戒指，他
受宠若惊，愈加死心塌地地效忠清室。
同治十年（1871）七月，李维述派协镇沈朝觐、张宗久攻云南县城（祥云），阴雨粮绝，沈朝觐战死；陈定邦攻弥渡，中伏丧命。
云南县久攻不下，弥渡又旋得旋失，李维述与
杨玉科商定，传令诸军坚守勿出，待秋后整军再战。届时，果然攻下
云南县（祥云）、弥渡，又与
杨玉科会军蒙化、赵州。同治十一年（1872年），
杨玉科攻取大理；李维述率兵攻陷蒙化大围埂。次年，攻陷小围埂，官至
腾越镇总兵。十二年（1873年）五月三日，李维述督军攻陷腾越厅城，进而占领全境。钦赐勇号“达春巴图鲁”，封镇威将军，赏云骑尉世职。
李维述从镇压各族人民大起义的血泊中起家，官至总兵。晚年在家乡广置田产，大兴土木，曾首倡重建观音寺、关帝庙、大慈寺、神龙祠、东岳庙、马王庙、金蝉寺等，并于雁塔山下新建雁峰书院，延师讲学。