В 1986-1992 гг. служил в военной прокуратуре на территории РМЭ на различных должностях: следователь, старший следователь, помощник военного прокурора. После увольнения из армии в 1992 г. работал адвокатом. В 1995 г. избран депутатом Государственной думы РФ. В 1995-1997 гг. заместитель председателя Комитета Госдумы РФ по науке и образованию, в 1997-2000 гг. - член Комитета по бюджету, налогам, банкам и финансам Госдумы РФ. В январе 2001-го избран президентом Республики Марий Эл. В декабре 2004 года переизбран на второй срок, набрав в первом туре 56,86% голосов избирателей.
За время его работы в должности президента Республики Марий Эл в регионе произошли значительные положительные изменения в экономике, политике и социальной сфере, существенно вырос жизненный уровень населения.
По инициативе Л.И.Маркелова разработана и успешно реализована программа экономического и социального развития республики, обеспечившая  выход экономики из кризисного состояния конца 90-х годов и ее динамичное развитие в последующие годы.
Объем валового регионального продукта на душу населения, характеризующий уровень экономического развития Марий Эл, вырос с 2004 по 2008 год в 1,7 раза. Наблюдается стабильный рост промышленного производства. По темпам роста физического объема промышленного производства РМЭ среди регионов ПФО в 2005-2008 гг. занимала 1-е место, в 2007-м - 6-е место в РФ.
Большое внимание Л.И.Маркелов уделяет вопросам газификации сельской местности. Всего за 2001-2009 годы построено 1470 км газовых сетей. Уровень газификации сельской местности увеличился с 19% до 51,2%, при общем уровне газификации 76,1%.
Начиная с 2001 года ежегодно увеличивается строительство жилых домов. За 2001-2008 годы введено в эксплуатацию 1574,2 тыс. кв. м общей площади жилых домов. Для работников бюджетной сферы ведется строительство социального жилья в городских округах и муниципальных районах республики.
За период с 2001 по 2008 год в республике наблюдался значительный рост оборота розничной торговли. По темпам роста этого оборота Марий Эл среди регионов Приволжского федерального округа в 2006-2008 годах занимала 1-е и 2-е места.

Президент республики уделяет особое внимание развитию социальной сферы, повышению качества жизни граждан, благоустройству городов и районных центров. По  инициативе и при непосредственном руководстве Л.И.Маркелова за 2001-2008 годы построены 13 школ на 2443 ученических места, два детских сада на 114 мест, четыре больницы на 345 коек, пять амбулаторно-поликлинических учреждений на  1470 посещений в смену, два Дома культуры на 290 мест.
Особое внимание уделяется развитию материально-технической базы физической культуры и спорта. Построено два Ледовых дворца, Дворец водных видов спорта в г.Йошкар-Оле, теннисный стадион, художественная школа при Национальной президентской школе-интернате для одаренных детей на 100 мест, Национальная художественная галерея, Государственный архив РМЭ, спортивные залы в районах республики и другие социально значимые объекты. В 2008 году к VII Всероссийским летним сельским спортивным играм реконструирован стадион "Дружба". За семь лет объем средств, направленных только на развитие физкультуры и спорта в республике, увеличился в 60 раз.
Принятые по личной инициативе Л.И.Маркелова программы "Столица" и "Наследие" кардинально преобразили облик города Йошкар-Олы. При  непосредственном участии главы республики спроектированы и построены архитектурные комплексы "Улица Успенская", "Площадь Оболенского-Ноготкова", архитектурно-исторический комплекс "Царевококшайский кремль", Успенский собор, Воскресенский собор, часовня Святителя Николая Чудотворца.
Л.И.Маркелов - активный сторонник здорового образа жизни.  В юности занимался дзюдо и гиревым спортом. В настоящее время постоянно занимается плаванием и  шорт-треком. В 2005 году установил личный рекорд, проплыв в бассейне в течение года 500 километров.
Увлекается изучением  архитектуры, особенно западно-европейской, является автором ряда архитектурных концепций, реализованных в г.Йошкар-Оле. Увлекается чтением  исторической литературы.
Л.И. Маркелов награжден орденом Дружбы (2004), орденом Русской Православной Церкви Святого Благоверного Князя Даниила Московского и Всея Руси II степени (2004), орденом Русской Православной Церкви Преподобного Сергия Радонежского II степени (2006), знаками отличия российских министерств и ведомств.