抗日战争
1937年9月，李天佑率全团参加歼灭日军板垣师团1000人的平型关战斗。
1938年，任第343旅副旅长，参加正太路的多次战斗，消灭日军数百人，缴获战马数百匹和200支步枪。
1938年3月，代理343旅旅长，率部转战于吕梁山区，参加开辟晋西南抗日根据地。
1938年底，奉命赴苏联莫斯科伏龙芝军事学院学习。
1944年春返回延安。
1945年，参加中国共产党第七次全国代表大会。
1939年赴苏联学习军事。
解放战争
1947年6月，指挥2个纵队另1个师和配属5个炮兵营攻打四平，歼敌1万多人，攻占城区五分之三。战后，总结出一套攻坚战术，在东北各部队推广。
1948年5月，指挥3个纵队和4个炮兵团再次攻打四平国民党守军，歼敌近2万人。1948年9月，率部参加辽沈战役，歼敌近3万人。
1949年1月，在平津战役中，李天佑担任解放天津西线指挥员，指挥38军、39军，全歼天津国民党军13万人。是役后，担任第13兵团副司令，率部南下参加渡（长）江、解放湖北等战役，为全国解放立下赫赫功勋。
1954年，入南京高等军事学院学习。1955年获得上将军衔。获得一级八一勋章、二级独立自由勋章、一级解放勋章。
1955年被授予上将军衔。获一级八一勋章、一级解放勋章。是第二、三届国防委员会委员，中国共产党第七次全国代表大会代表，第九届中央委员。
1957年，任广州军区第一副司令员。
1958年1月，任广州军区代司令员。
1962年，任中国人民解放军副总参谋长。是中共第七、八、九届代表大会代表，第九届中央委员，中央军委委员；第一届全国政协委员，第一、二、三届全国人大代表和国防委员会委员。
1970年9月27日因病在北京逝世，年仅56岁。
1994年1月《李天佑将军传》出版发行
