李寰原本是瀛州博野鎮遏使。傅良弼戍守樂壽、李寰戍守博野，位于幽州、成德之間，朱克融和王庭湊交相引誘脅迫，李寰、傅良弼二人拒而不納，各率士卒堅守，叛軍最終也未能攻取。朝廷于是對他們加官進爵，表彰他們對朝廷的忠誠。長慶二年（822年）二月初四，唐穆宗任命傅良弼為沂州刺史，李寰為忻州刺史。李寰率部三千人從博野突圍，王庭湊派兵追擊。李寰迎戰，殺敵三百多人，王庭湊的士兵不再追擊。李寰剩餘的二千人仍堅守博野。四月十四日，唐穆宗以樂壽為左神策行營，拜傅良弼為都知兵馬使；李寰所領士隸右神策，號忻州營，李寰為都知兵馬使。賜第京師，更賜奴婢服馬。李寰易鎮為晉州刺史，治無可稱。九月，加晉州刺史李寰為晉、慈等州都團練觀察使。長慶三年（823年）五月二十二日，唐穆宗命以晉州、慈州二州為保義軍，任命觀察使李寰為節度使。長慶四年（824年）十一月，晉州李寰與襄州柳公綽、滄州李全略、滑州高承簡一起自尚書加檢校右僕射。大和元年（827年）十月，天平軍節度使烏重胤率軍進攻李同捷，多次打敗李同捷。十一月初八，烏重胤去世。十一月二十二日，唐文宗根據王智興的建議，任命保義節度使李寰為橫海軍節度使，討伐李同捷。李寰從晉州率兵前往橫海赴任，一路對士卒不加約束，聽任士卒掠奪百姓。到達前線後，又擁兵不進，向朝廷索取糧餉供給。王智興攻克棣州後，朝廷決定換將。李寰回京，以李祐為橫海節度使。大和二年（828年）九月初七，朝廷任命李寰為夏綏節度使。大和四年二月廿六（830年3月24日），夏州節度使李寰去世。