晋王李治被立为皇太子，李大亮兼任太子右卫率、工部尚书，身兼三职，宿卫两宫。每次到李大亮值勤时，常常不脱衣帽只是坐着打盹，太宗慰劳他时说：“有你在，我能睡个安稳觉。”因为张弼曾经让他免去一死，到他显贵时，总想着如何报答张弼。当时张弼担任将作丞，躲避不见大亮，大亮找不到张弼，有一天，大亮在路上认出了张弼，就拉着张弼哭起来。把自家的财产全都推让给张弼，张弼拒不接受，大亮就对太宗说：“臣能够侍奉陛下您，全是张弼的力量啊，我愿意把自己的官职爵位全让给张弼。”唐太宗因此升任张弼为中郎将、代州都督，世人都称赞大亮能知恩图报，而且赞扬张弼能够不夸耀自己。
唐太宗御驾到洛阳时，下诏李大亮为房玄龄副手，房玄龄对李大亮非常称赞，他对太宗说：“李大亮有王陵、周勃的气节，可以将大事托付给他。”这一年，唐太宗正准备征高丽，李大亮患病，唐太宗前往探视，亲自给李大亮药物，十分关怀。临终前，李大亮还上表给唐太宗，苦谏唐太宗不要再进行远征高句丽的战争了，希望他重点把“京师宗庙所在”的关中经营好，但是唐太宗没有采纳。
李大亮不久就去世了，终年五十九岁，为他穿衣入棺时，家里拿不出珠玉给他含在嘴里，只能在棺中放了五斛米、三十端布，太宗悲痛大哭，赐予谥号为懿，并赐他在昭陵陪葬。
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