年间，以皇孙身份封南阳郡王，授特进。父亲唐肃宗登基后，于至德二载（757年）十二月，进封赵王。干元二年（759年）七月，赵王李系为天下兵马元帅，令司空、兼侍中、蓟国公李光弼副知节度行营事。九月，史思明攻陷洛阳，李光弼以副元帅守河阳，李系不出京师。十月，唐肃宗下诏车驾亲征，谏官论奏才中止；李系请代父出征，唐肃宗不许。三年（760年）四月，改封越王。宝应元年（762年）四月，肃宗弥留之际，张皇后与宦官李辅国有仇怨，想让监国皇太子李豫诛杀李辅国、射生内侍程元振。太子没有答应。张皇后于是结交越王李系，计划诛杀李