同年秋，参加雷再浩领导的农民起义，负责侦察联络工作。雷再浩起义被镇压后，继续坚持斗争。1849年夏与谢有兴等人立把子会。同年11月，收集雷再浩余部与新入会众发动起义，一举攻克新宁县城，俘杀知县，并建立起义军的各级组织，派人到广西灵川联系天地会众起义响应。11月底率部撤出新宁，转战于广西兴安、灵川、永福等县，以“劫富济贫”为号召，得到当地人民的广泛响应。在湘桂边界多次大败清军，引起清廷震动。清政府派重兵在湘桂黔交界围追堵截。1850年3月底率部在贵州地区与清军激战受挫，兵力锐减。旋率军再入广西，欲与洪秀全会合，但在永福、荔浦、修仁等处屡次失利。4月15日，义军回攻新宁途中，在金峰岭地区为清军向荣部伏击，李沅发负伤跌落崖涧，被俘解京就义。此次起义失败后半年，太平天国金田起义爆发了。