抗日战争爆发后，李鼎铭的思想开始转变，拥护中国共产党抗日民族统一战线政策和团结抗日的政治主张，反对蒋介石消极抗战、积极反共的政策。1940年秋，他与国民党米脂县长交涉，允许八路军征收抗日救国粮。1941年，陕甘宁边区为了加强根据地民主政权的建设，实行“三三制”，开展普选运动，被选为米脂县参议长，陕甘宁边区参议员、副议长。是年冬，在边区第二届第一次参议会上，当选为陕甘宁边区政府副主席。针对陕甘宁边区遭受围困封锁，经济严重困难的实际情况，李鼎铭等人提出了“精兵简政”的倡议，受到中共中央和毛泽东的高度重视。毛泽东说：“这个办法很好，是改造我们主观主义、官僚主义、形式主义的对症药”。在毛泽东的主持下，经参议会充分讨论，最后通过了“精兵简政”的决议。 同年12月，中共中央发出“精兵简政”的指示，要求切实整顿党、政、军各级组织机构，精简机关，充实连队，加强基层，提高效能，节约人力物力。 ^{“精兵简政”政策不但在陕甘宁边区实行，还被中共中央推广到敌后各个抗日根据地，因而对战胜困难，提高工作效率起到了积极作用。1946年4月，在陕甘宁边区第三届参议会第一次会议上，再次当选为陕甘宁边区政府副主席。李鼎铭在任边区副主席期间，对边区的统一战线、文教卫生都有较大的贡献。}

1947年12月11日，在陕甘宁边区政府临时驻地绥德义合镇突患脑溢血病故，享年66岁。追悼会上，中共中央、毛泽东、陕甘宁边区政府都送了挽词，并将米脂县桃镇（李鼎铭故乡）小学命名为“桃镇鼎铭学校”，以示纪念。