2010年4月初，李准基收到入伍通知，因为两部作品拍摄在即还有担任了世博宣传大使的工作，公司提出了延迟入伍的申请。2010年4月28日，收到了5月3日入伍的最后通知。由于申请入伍延期没有成功，李准基不得不中途辞演电视剧《神医》和电影《Grand Prix》。2010年5月3日， 李准基以短发造型出现在忠庆南道论山陆军训练营，办理入伍手续。他在这里接受为期5周的基础军事训练，之后作为一名现役军人正式服役20个月，履行国防义务。
2011年1月11日，李准基公司官网正式开通，公司twitter也同步开通。5月 李准基参与录制的韩语教材《 你好，韩国语》 在中国出版发行。6月7日， 李准基写真集0‘boy发行。
2012年2月16日，李准基结束两年兵役，签约新东家，与IMX公司签订所属协议。
2012年3月15日，新专辑成了Oricon Daily单曲第一名，16日 新专辑《Deucer》发行。22日，日本横滨举行新专辑《Deucer》发布会，31日，东方卫视跨年晚会演唱中文版《Together》和《Born Again》。
2012年8月，退伍后的李准基接拍了魔幻史剧《阿娘使道传》作为他退伍后的首部回归作品，并凭此剧获得了第8届首尔国际电视节（SDA）韩流电视剧最佳男演员。
2013年，李准基在MBC水木剧《Two Weeks》中首次挑战父亲形象，并获得“2013 APAN STAR AWARDS”大田戏剧节最佳男演员大奖。1月29日，新专辑《CBC》韩国、日本同步发行，12月10日，迷你新专辑My Dear发布。12月31日，参加湖南卫视跨年晚会。
2014年1月4日，举行北京演唱会。1月11日，举行上海演唱会。2月15日，举行广州演唱会。2月14日上午，李准基从韩国仁川机场出发，前往广州举办粉丝见面会。
2014年3月2日，李准基在与前经纪公司IMX的合约到期后，和新经纪公司Namoo Actors签约。同年6月25日，主演电视剧《朝鲜神枪手》在韩国KBS电视台首播，在水木剧收视大战中夺下同期收视率首位，并在9月落幕。同年12月31日，在KBS演技大赏上凭借《朝鲜神枪手》获得中篇电视剧部门男子优秀演技奖，并和南相美获得最佳情侣奖。
2014年12月11日接拍首部中国影片《西西里艳阳下》并在北京首次亮相宣布新片启动。
2015年3月《西西里艳阳下》杀青。李准基在《西西里艳阳下》饰演至死不渝守护心爱女人的朴俊浩，是一个极其纯真的纯爱角色。电影以中国上海和意大利西西里为背景讲述主人公跨越国境的爱情，李准基拍摄了将近两个半月时间。李准基表示，“这真是一段幸福的记忆”，发表了电影杀青感想。
2015年4月，李准基接受了MBC七月的水木剧《夜行书生》男主人公金成烈的演出邀请。在以朝鲜时代为背景的本部作品中，饰演具有感官美的书生金成烈。同年10月前往南非投入《生化危机6》的拍摄，同米·拉乔沃维奇合作。
