Lilleeng ble ansatt som medisinsk- og helsefaglig direktør i Helse Sør-Øst RHF fra januar 2009, før han mai samme år startet i stillingen som viseadministrerende direktør samme sted. Lilleeng gikk fra stillingen som viseadministrerende direktør i Helse Sør-Øst RHF til stillingen som administrerende direktør ved Helse Stavanger HF den 1. september 2010. Han avsluttet sin stilling i Helse Stavanger desember 2014.