李公麟做官三十年，也是他的艺术逐渐成熟，成为名画家的时期：这一时期也正是王安石变法失败，转入史称“朋党”之争的时期。李公麟和王安石的关系很好，熙宁七年以后，王安石失势，退居金陵，曾与李公麟同游，并赠诗四首，但同时，李公麟和反对王安石的苏轼等关系也很密切。
李公麟和苏轼、黄庭坚、米芾等人同是驸马王诜家的座上客。他们在王诜家里的聚会曾被纪录在李公麟画的《西园雅集图》（现存各种摹本）中，米芾也为此写了一篇文章。他们十几个人在王诜家的花园中饮酒、作诗、写字画画、谈禅、论道等等。这是他们交游的第一个时期，是在苏轼被黜，离开汴梁去杭州作官以前。元丰二年（公元一○七九年）苏轼因作诗遭祸，陷入险境，王诜也被株连，据说李公麟在街上遇见苏家人，就以扇遮面，因而受到人们的讥笑。李公麟和苏轼等人第二次交游是在哲宗元祐年间，那时王安石已经去世，正是旧党短期得势，而苏轼又恢复了自己的政治地位的时候，李公麟又画了第二幅《西园雅集图》。苏轼和黄庭坚的诗集中载多首赠诗和称赞他作品的诗。
李公麟对于古代的美术修养极深。对古器物和古文字具有知识，曾摹绘古代的铜器并加以考订，他参加了整理皇家收藏的古器物的工作。他的父亲李虚一收藏古代画迹很多，他都进行临摹，并且也临摹了很多他人收藏的名迹。他保存了很多自己临摹前代名画的副本。
他的绘画才能，首先表现 在他的题材的多样性上。他擅长鞍马、佛像、人物和山水。他在临摹古人名迹中掌握了绘画技法，而越出古人的技法。
李公麟擅长画马和人物。他画的人物，据说能够从外貌上区别出“廊庙馆阁、山林草野、闾阎臧获、台舆皂隶”等社会各阶层人的特点，并能分别出地域和种族的具体特点，及动作表情的各种具体状态。他的艺术创造有生活现实性为基础，所以他敢于追求新的表现。他敢于突破前人的定式，画长带观音，飘带长过一身有半，还画过石上卧观音，这些都是他创造的新式样。他的创造性还表现 在他对题材的理解上，他画“观自在观音”，不是按照一般流行的坐相，他说“自在在心，不在相”，不必限制于某一固定的坐相，而是另创一种他认为能表现出心情自在的坐相。他画陶潜的“归去来辞”一诗把表现的重点放在正在思维中的神态上，不在一般化的描写田园松菊等自然风物，而注重描绘“临清流处”——发人深思的流水。
李公麟画汉代的将军李广夺了胡人的马逃回来，在马上引弓瞄准追骑，箭锋所指，人马就应弦而倒。李公麟自己说，如果是旁人画就要画箭射中追骑了。可见李公麟很了解艺术的真实有别于生活的真实，表面上好象不合理，而能产生更强烈的艺术力量。
他善画人物，尤工画马，苏轼称赞他：“龙眠胸中有千驷，不惟画肉兼画骨”。《五马图》为其代表作。画中五匹大马，由五个人牵引，神采焕发，顾盼惊人。用笔简练，马的一举一动，极其细致生动地表现出骏马运动和性情的特征。他还发展了“白描”画法，创造出“扫支粉黛、淡毫清墨”，“不施丹青，而光彩动人”。他的作品，保存下来的不多。除《五马图》外，尚有《临韦偃牧放图》、《免胄图》、《维摩诘像》、《十六小马图》、《龙眠山庄图》、《辋川图》、《九歌图》、《洛神赋图》、《草堂图》、《莲社图》、《明皇演乐图》、《农节图》、《西园雅集图》、《明皇醉归图》、《维摩演教图》、《汴桥会盟图》、《白描罗汉图》、《海会图》、《百马图》等。
李公麟画了一幅六七个汉子围在桌旁赌博的《贤已图》，图中人物栩栩如生，其中有一个人伏在桌上，眼盯盆内的骰子，张嘴急呼，这时骰子转到“六”的位置上。
元符三年（1100）告老，居故乡桐城龙眠山，号龙眠居士。他好古博学，善鉴定。不仅能画人物鞍马、神仙佛道，也能画山水花鸟。他对传统绘画作过大量的临摹，同时重视写生，敢于独创。他的人物能从外貌上区别出身份、地域和性格特点。在画法上，他以白描著称。这种善用线描，多不设色的白描，造型准确，神态生动，这样就把传统的线描造型方法推进到一个新的水准。对其后代人物画影响很大。他画的山水，亦有创格。工行、楷书，有晋、宋书家之风。后人论其作画“以立意在先，布置缘饰为次”。还长于考古。存世作品有《五马图》、《临苇偃牧放图》、《九歌》、《免胄图》、《维摩诘像图》等图。《五马图》，纸本浅设色，纵29.3厘米，横22.5厘米。现为日本私人收藏。李公麟善于画马，“每欲画，必观群马，以尽其态”。《五马图》就是李氏根据写生创作的。每匹马各有奚官一人牵引。人、马均单线勾出比例准确，动作生动，清晰地表现出肌肉骨骼的结构，身体的重量感、软硬质感，乃至光泽印象，可代表他画白描的水准。尤见画中马匹、人物的生动神态，不愧为传世杰作。画后有曾纡跋。
