大學畢業後，李國鼎在金陵女子文理學院教授數學與物理。1934年夏，他以高分通過第二屆中英庚款留學考試，赴英國後進入他嚮往的劍橋大學卡文迪西實驗室(Cavendish Laboratory)，跟隨羅賽福德教授研究低溫超導，直到1937年抗戰軍興，他放棄皇家學會提供的獎學金，束裝返國投筆從戎。

　　不過，軍中長期貧瘠的物質生活導致營養不良，他曾感染瘧疾大病一場，之後他辦理退伍，到經濟部資源委員會新設的資渝鋼鐵廠做工務主任，曾編成《東北鋼鐵工業概況》一書，成為戰後東北接收人員的寶典。

　　戰後，李國鼎調任中央造船的籌備處副處長，隨周茂柏先生打撈吳淞江口沉船、清理長江航道，並利用日本賠償及美援來籌建中央造船公司。但大環境的變動難以控制，1948年周茂柏先生調任台灣造船公司總經理，邀李國鼎來臺出任協理，後來升任總經理。

　　他在台船的工作表現獲得台灣生產事業管理委員會副主任委員尹仲容的注意，進而邀請他擔任所屬工業委員會的專任委員，兼一般工業組長，也是尹氏的代理人，主管台灣一般工業的發展，這是他進入財經領域的開始。

　　經安會於1958年9月撤銷，其主要職權與人員由美援運用委員會吸納；尹仲容調任副主委，李國鼎調任秘書長；李國鼎正式進入了財經決策階層的核心。

　　1950年代末，美援政策顯著改變，促使美援會草擬了「十九點財經改革措施」與「加速經層發展方案」進行全面性財經改革。短期抑制了通貨膨脹，加速經濟發展；長期則建立現代化財經行政體系，使我國經濟順利邁向現代化。並以鼓勵儲蓄、節約消費、改進外匯管理及租稅制度等手段來協助資本形成與經濟發展，擴大鼓勵出口、簡化結匯手續、加強與國外商業接觸等措施以謀求出口進一步擴張。中華開發信託公司的成立、六堵工業區的設置、美援小型工業貨款的舉辦等等，都是由此而來。李國鼎回憶，這段時間他所涉獵的財經法律問題很多，學到的東西也最多。

　　1965年1月李國鼎入閣擔任經濟部長。他整頓國營事業，推動以出口為主的紡織、塑膠加工、消費性電子工業，規劃設置「加工出口區」，並逐步推動金屬工業、機械工業，擴建造船工業，籌建一貫作業大鋼鐵廠，計畫在台灣南部與北部成立石油化學工業中心。不過那時經濟上同時遭逢美國經援停止與國際糖價暴跌景況，以致外匯收入大幅減少。雖然他所促成的《獎勵投資條例》已能有效執行使國民儲蓄大幅提升，但仍無法滿足投資的需要。為此，他必須積極爭取國外資金，如向日本及美國進出口銀行爭取貸款以進行各項重要建設。努力的結果在美援停止後，不但沒有造成經濟危機，出口及經濟成長率反而逐年增加。

　　1968年8月，他因對台灣工業化發展的貢獻而獲頒有亞洲諾貝爾獎之稱的菲律賓麥格塞塞獎(Ramon Magsaysay Award on Government Service)。

　　他也大幅修訂海關進口稅則及關稅法，增加彈性稅率條款，在國際經濟劇烈變動時，有效更動油品及其他民生物資的售價，因應了世界金融危機及能源危機。同時為了抑制通貨膨脹，他又發動國民儲蓄運動，在三年內儲蓄存款成長了將近三倍，而且連續四年經濟成長率超過百分之十一。

　　他也倡議建立「中小企業信用保證基金」制度，籌措到新台幣四億五千餘萬元作為基金。凡中小企業向銀行申請融資貸款時，銀行得移送基金保證，協助中小企業取得融資。

　　1972年蔣經國接任行政院長後，推動十大建設，需要的龐大資金，李國鼎除了研究發行建設公債外，還前往沙烏地阿拉伯王國訪問，爭取到三千萬美金的無息長期貸款；其餘的外匯則由外國進出口銀行或承包商提供。各種壓力累積下來，1975年底他心臟病復發，在醫院治療兩個月銷假上班後，不久仍以健康請辭。長達七年的任期，是歷屆財政部長中最久的。

　　為了集思廣益，在1978年1月召開了「第一次全國科學技術會議」。根據會議結論作出《科學技術發展方案》，主要包括：建立能源、材料、資訊、生產自動化四大重點科技、設立新竹科學園區、大量扶植與延攬海內外學人、建立海內外科技顧問制度等。蔣經國總統，行政院孫運璿院長都非常支持，《科學技術發展方案》很快就公布實施，對1980年代及其後我國科技產業的發展具有重大意義與深遠影響。

　　資訊工業是國鼎先生最為關心的事情之一。1976年他便曾協助國科會發起一個大型電子計畫，支持台大、交大、清大、成大四校分別研究積體電路各階段的製造與應用技術。他又說服經濟部長張光世共同出面，邀請民間企業捐款七千餘萬，政府出資五千萬，成立了財團法人資訊工業策進會，致力資訊人才培養以及資訊觀念推廣。

　　第二次全國科學技術會議在1982年2月召開，主要決議有：科技經費由GNP的0.6%提高到1%，並增加生物技術、光電、食品、B型肝炎防治四個重點科技納入推動。隨後，又訂定了《加強培育及延攬高級科技人才方案》，在培育國內人才方面：擴大博、碩士班招生名額；擴大教師出國進修名額；制定國防役條例，使科技碩、博士研究生畢業時得以科技工作代替兵役，報考軍方或民間重要科技單位服務六年（後來減至四年）。在延攬國外人才方面，李先生以七十三高齡親自出馬，於1983年5月赴美，在各大城市約見了兩千多位華裔科學家與工程師，爭取他們回國服務。

　　1983年他在科技顧問協助下推動建立創業投資，促成財政部訂立了《創業投資事業管理規則》，對創投公司的設立提供投資抵減的租稅獎勵，並由政府提供種子基金。隨後國內高科技產業的蓬勃發展，創投公司的推波助瀾功不可沒。

　　B型肝炎防治是另一項重大的貢獻。當他獲知台灣地區有近五分之一人口為帶原者後，立即將其防治工作列入重點科技，會同衛生署擬定措施，首先減少民眾間的高度傳染，並從事各種疫苗實驗。1984年先為帶原母親的新生兒免費注射疫苗，兩年後推廣到全省的新生兒，有效控制了病症的蔓延。

　　忙碌的工作使他忽略了自己的身體。1983年底的健康檢查發現心臟又出了問題，赴美手術回國後，他就積極支援衛生署在偏遠鄉村成立群體醫療中心及保健服務中心，為偏遠地區、農村的鄉鎮衛生所培設儀器、救護車及護理人員。

　　1986年1月，行政院決議推動成立一個超大型積體電路製造公司。他引介了國際知名的半導體專家張忠謀返國服務，又策動行政院開發基金及民間企業投資美金一億餘元設立了台灣積體電路製造公司，將台灣新興的半導體產業帶進了世界的主流市場。這也成為他在退休前最引以為傲的成就之一。

　　吳舜文女士推崇國鼎先生在工委會專任委員時期大力提倡降低紡織品原料的關稅，以降低成本促進外銷。更運用美援，解決紡織業發展初期所遭遇的原料與市場問題。

　　吳尊賢先生回顧當年台灣經濟正待起飛，礙於法令不周及相關設施落後，企業發展困難重重。國鼎先生總是適時伸出援手，在合情、合理、合法的範圍內為企業界居中協調，排除困難。

　　徐有庠先生記得1974年石油危機發生後，苯二甲酸(PTA)原料短缺，廠商惜售，使得我國領先於紡織業上游發展的亞東化纖備受衝擊。國鼎先生代為協談供應商，乃終能獲得穩定貨源。

　　1981年國鼎先生顧慮國內大厰各自引進光纜技術惡性競爭，乃請孫法民先生邀電纜同業集資成立聯合光纖通信公司，敦促廠商捐棄成見，共襄盛舉。

　　鄭崇華先生提到他任職美商TRW公司時，曾有一批材料進口，是加工之後要外銷的。當時規定每一材料要用在那裡都得交待清楚，否則便不能放行。但對於項目繁多、規格複雜的電子業而言，執行就很困難。日久累積下來，成了一筆算不清的帳。案子反映到部長那裡，國鼎先生瞭解後知道實際上的困難，相信TRW沒有逃稅，不僅批示放行，還交待研究簡化作業。

　　先生一向重視新觀念的傳播和溝通，總是不遺餘力地以演講和寫作來傳播和灌輸觀念。他的中英文論述超過1500篇。天下文化出版社在 1987和 1991年選輯印行了《工作與信仰》和《經驗與信仰》兩書。他也曾邀約親身參與台灣經驗的人士共同編成《中華民國經濟發展策略叢書》共15冊。先生的大陸母校東南及南京兩大學收納他的著述約七百篇文章編成十四冊的《國鼎叢書》於1997年在南京出版；1999年台灣也發行了該書正體字版本。

　　他退休後，因對資訊工業卓有貢獻，於1994年獲李總統登輝先生頒授一等景星勳章；2000年行政院院長唐飛頒贈「資訊貢獻獎」、2001年四月陳水扁總統代表工研院RCA技術團隊頒贈「矽土生金」晶圓獎。此外，國立交通大學、中原大學、成功大學、靜宜大學、清華大學、台灣科技大學、美國馬利蘭大學、波士頓大學、紐約州立大學石羨分校、香港中文大學等校也分別授予榮譽博士學位；他的英國母校劍橋大學伊曼紐學院(Emmanuel College)授予榮譽院士。同時，美國哈佛大學與國立台灣大學共同在哈彿設立「李國鼎講座」;菲律賓亞洲管理學院設立「李國鼎國際管理講座」;美國德克薩斯州的設計及流程科學協會設立「李國鼎傑出經濟社會制度設計獎」；哈佛大學設立「李國鼎先生經濟社會衛生發展中心及講座」;史丹福大學設立「李國鼎經濟發展講座」、「李國鼎生物醫學講座」及「李國鼎工程講座」並將經濟發展中心之校區命名為「國鼎苑」；他的母校國立中央大學與大陸的東南大學也以他為名分別設立了紀念圖書館。

　　先生雖然學的是科學，畢生所從事的工作都在工業、財經和科技領域，但他對人文的關懷卻並末稍減。1991年在企業界和學術界一些朋友的敦請和支持下，他成立了「群我倫理促進會」及「李國鼎科技發展基金會」，希在經濟科技發展與社會現代化過程中，促進守法守禮的群己關係建立，以維護社會的秩序穩定與和諧。

　　綜觀李國鼎先生的一生，真是做到了古人立德、立功、立言之三不朽。從他放棄即將到手的博士學位回國參加抗日戰爭、放棄大學教席而屈就低薪技術員、放棄大權在握的總經理去當個光桿委員，就已非常人可及，更別說為官清廉剛正、不治私產，勇於任事、不計毀譽了。他一身經歷工業、財經、科技等要職，都有重大建樹，功在社稷。而日理萬機之餘猶能好學敏求、慎思明辨，演講無數、著述等身。因此，他所獲得的一切勛獎榮典、名譽學位，還有許多以他命名的講座、館舍、基金、協會等等， 都是實至名歸。