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A resposta do Maniero explicou claramente que o problema na lógica implementada foi de alterar a estrutura que está sendo iterada e seus exemplos não poderiam ser mais didáticos, então gostaria apenas de acrescentar uma forma resumida das soluções:

def remove_duplicados(l1, l2):
    return [i for i in l1 if i not in l2]

Assim, a função retornará uma nova lista com os elementos de l1 que não pertencem à l2.

l1 = [1, 2, 3, 4]
l2 = [1, 2, 5, 6]

print(remove_duplicados(l1, l2))  # [3, 4]

Veja funcionando no Repl.it | Ideone

Algumas vantagens nesta solução são:

  1. Ao substituir os colchetes por parenteses no retorno, a função retornará um gerador, o que pode economizar memória;
  2. Não é necessário criar cópias das listas de entrada;
  3. As listas de entradas permanecem intactas (pode ser útil em alguns casos);
  4. Solução legível;

Comentários:

Quando à economia de memória citado no item 1, tem-se duas observações: a) a economia de dá pelo fato de, ao substituir os colchetes por parênteses, o retorno da função deixa de ser uma lista e passa a ser um gerador; deste modo, não se tem a lista final armazenada em memória, dado que o gerador calcula cada item conforme sua utilização (lazy calculation ou call-by-need). b) as referências aos objetos de entrada permanecem o mesmo dentro do gerador, não criando uma cópia dos mesmos; isto é, mesmo depois que o gerador for definido, qualquer mudança nas listas de entrada afetará o gerador.

Com colchetes, o retorno é uma nova lista:

x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 4]

def remove_duplicados(l1, l2):
    return [i for i in l1 if i not in l2]

z = remove_duplicados(x, y)

print(type(z))  # <class 'list'>

# Apenas para demonstrar a saída:
print(list(z))  # [1, 3, 5]

Veja funcionando no Repl.it | Ideone | GitHub GIST

Com parenteses, o retorno é um gerador:

x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 4]

def remove_duplicados(l1, l2):
    return (i for i in l1 if i not in l2)

z = remove_duplicados(x, y)

print(type(z))  # <class 'generator'>

# Apenas para demonstrar a saída:
print(list(z))  # [1, 3, 5]

Veja funcionando no Repl.it | Ideone | GitHub GIST

Como a referência das listas permanecem as mesmas, qualquer alteração nelas será refletida no resultado do gerador:

x = [1, 2, 3, 4, 5]
y = [2, 4]

def remove_duplicados(l1, l2):
    return (i for i in l1 if i not in l2)

z = remove_duplicados(x, y)

# Alteração em y:
y.append(3)

print(type(z))  # <class 'generator'>

# Saída de z modificada devido alteração em y:
print(list(z))  # [1, 5]

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Os itens 2 e 3 são complementares, pois se o problema demandar que as listas de entradas devem permanecer intactas após a execução da função, utilizando a list comprehension ou o gerador não será necessário criar uma cópia em memória da lista para modificá-la; o próprio retorno será uma nova lista apenas com os itens desejados.

Já o item 4 é bastante subjetivo, mas eu, particularmente, acho que a solução fica muito mais legível:

def remove_duplicates(source, reference):
    return (item for item in source if item not in reference)
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