在担任陕西省水利局局长期间，对陕西省自公元前1136年到公元1912年发生的灾害做了一次详尽调查，发现陕西每隔十年必遇一次严重旱灾，为了根治灾害，保障人民生活，他下决心修建关中地区的灌溉工程，首当其冲要为渭河北岸平原这个全省棉麦主产地修渠引水。当他决定兴建泾惠渠后，从1927年起亲赴京、津、沪、宁等地，奔走呼号，希望能筹到一笔修建经费，但当时一些官僚政客却讥讽他“发狂”。说引泾计划只能是“画饼充饥”。他毫不气馁，迎难而上，三进北平，两下南京，继续四处奔波，争取各方面的支持。时任陕西省政府主席的杨虎城首先拨款予以支持，于右任也积极协助筹款，美国檀香山华侨和华洋义赈会也都踊跃捐款资助，终使泾惠渠工程于1930年动工兴建。当时正值大灾过后，瘟疫在关中地区流行，建筑材料奇缺，引泾工程困难很多，因此倡导就地取材，拆庙宇，收碑石。但这一建议却遭到不少乡绅的反对，他们一面煽动不明真相的群众阻拦拆庙修渠，另一方面向陕西省当局告状，使工程无法进行。李仪祉亲自用纸浆泥制作了一个引泾工程大模型，让人抬到县政府大堂上，让乡绅和群众观看，并讲述修建泾惠渠的好处，他说：“我是陕西人，我没有二心，决不会把水利变成水害，坑害百姓。要是咱们早能把渠修成浇地，哪会有死尸遍地的民国十八年大旱的悲惨景象！”一席话使反对者无言以对，周围群众亦心悦诚服。于是工程重新开始。施工过程中，他经常深入工地，具体指导工程技术人员和民工施工。经过5年努力，泾惠渠终于在1935年冬全部完工，渠道全长270公里，能够灌溉泾阳、三原、高陵、临潼、礼泉等5县69余万亩农田。后半生主要奔波于省内各地，对各主要河流进行全面勘查、规划。先后亲自设计或指导建设洛惠渠、渭惠渠、黑惠渠、沣惠渠、漆惠渠、灞惠渠等，同泾惠渠合称“关中八惠渠”。这些渠道在设计、修建中继承了中国古代水利建设的优良传统，而且更广泛地应用了近代西方的水利科学技术，从而奠定了陕西具有现代水平的灌溉工程基础。“关中八惠渠”成为中国北方水利工程之冠而闻名海内外，大大促进了陕西关中地区农业生产的发展。灌区受益群众亲切地称他为“活龙王”。1938年，因长期劳累，病危不治，弥留之际还挂念渭惠渠大坝抢修工作，3月8日逝世，终年57岁。国民政府发布命令，“着行政院转饬陕西省政府举行公葬，考试院转饬铨叙部从优仪恤，将生平事迹存备，宣付史馆，以彰邃学，而资矜式”。灌区很多人家闻讯后哭声一片。根据他的遗愿和灌区人民的要求，遗体安葬在泾阳县王桥镇大章桥村西南泾惠渠上游总干渠畔，送葬之日 ，泾阳及三原、高陵等县赶来参加葬礼的群众达5000余人。平生著述极多，学术论著计270余篇（部），1956年台湾出版了《李仪祉全集》。为了纪念他的功绩，故乡蒲城县设立了“仪祉纪念小学校”，后期主要工作地方泾阳县设立了“仪祉农业学园”，建国后更名为“陕西省仪祉农业学校”。