海山即位为元武宗，李孟避嫌隐居许昌。至大三年（1310年）正月入见，以定策之功，特授平章政事、集贤大学士、同知徽政院事。至大四年（1311年）闰七月，加封秦国公。爱育黎拔力八达即位为元仁宗，以李孟为中书省平章政事。李孟建言整顿吏治、昭雪冤狱、罢黜僧道官。延祐元年（1314年）元朝开科举，李孟为监考官。七月，进阶金紫光禄大夫，勋上柱国，改封韩国公。因为权贵弄权，延祐四年（1317年）李孟称病引退。元英宗即位，李孟被铁木迭儿诬陷，降职为集贤侍讲学士，至治元年（1321年）四月，李孟在大都病逝。