联军第一纵队司令员。他狠抓部队的战略战术训练，使部队学会大兵团作战。在夏季攻势作战中，指挥第一纵队歼国民党军第七十军一部，占领了公主岭等地。在参加6月进行的攻取四平的战斗中尽管没打好，但使部队初步获得了大规模攻坚战的经验。1948年3月，攻取四平的战斗再次打响，和万毅指挥部队经过23个小时的激战，解放了四平。9月，东北人民解放军发起辽沈战役，率第一纵队担任战役总预备队。攻锦胜利后，率部参加了歼灭廖耀湘兵团的辽西会战，消灭国民党军主力新一军、新六军和新三军各一部。辽西会战刚结束，李天佑又率部直扑沈阳并很快攻克。辽沈战役后，部队整编，第一纵队改番号为中国人民解放军第三十八军，李天佑任军长。1948年底，率三十八军6万精兵直插华北平津之间参加平津战役，与兄弟部队共同担负主攻天津任务。1949年1月14日，解放军对天津发动总攻，李天佑率部从西向东过关斩将，杀入天津城，战至15日下午3时，守国民党军13万人全部被歼，天津警备司令陈长捷被俘，天津宣告解放。1949年4月初，李天佑出任第十三兵团第一副司令员。赴广西剿匪。广西是桂系经营多年的老巢，国民党特务和土匪土匪多如牛毛，剿灭不尽。1949年10月16日，白崇禧在桂林召开紧急会议，布置“总体战”，发动“一甲、一兵、一枪”的运动。他指令十万大山、六万大山、大容山、大明山和大小瑶山开展所谓“广泛的游击战争”。
新中国成立后，李天佑就任广西军区副司令员、司令员，指挥肃清国民党余部和剿匪的斗争。1950年新年一过，国民党“**救国军”总司令钟祖培煽动群众闹事，纠集几千名土匪在恭城暴乱，在湖南友邻部队的驰援下，李天佑率部平息了恭城暴乱，并且擒住了匪首钟祖培。恭城平暴后，平乐、玉林、柳州等地又发生规模更大的土匪暴乱。几百股土匪，聚集了9万多人马，声势浩大。李天佑派兵围剿，在3个月内，剿灭土匪4万，剩余的5万多人马溃散，有的逃进了深山和岩洞里。3个月后，美军入侵朝鲜的消息传到广西，土匪们以为美国佬又来帮助蒋介石了，匪乱发展到最高潮，全省102个县土匪蔓延到了97个县，500多名干部被杀，公粮2800多万斤、牲畜26万多头被抢。1950年11月10日，毛泽东亲自来电，限期广西省委要在1951年5月1日前完成肃清全省土匪的任务。李天佑制定了 “围鸟驱丛，围鱼驱水。”剿匪方针，利用瑶山四周的天然屏障，构成一道封锁线，不让土匪逃跑。然后，把瑶山外围土匪赶入山内，采取分散驻剿和搜剿双管齐下。布下了天罗地网。1951年1月8日，李天佑命令部队向土匪发起总攻，经广大军民英勇顽强的奋战，大、小瑶山及其周围的土匪全部被歼，主要匪首无一漏网。共歼灭土匪3.8万人，使大瑶山人民获得彻底解放。与此同时，还消灭了六万大山、十万大山等重点地区的全部土匪。
1957年后，先后任广州军区第一副司令员、司令员，中国人民解放军副总参谋长。李天佑曾任第二、三届国防委员会委员，还被选为第九届中央委员。1955年被授予上将军衔，荣获一级八一勋章、二级独立自由勋章、一级解放勋章。
李天佑于1970年9月27日在北京病逝，终年56岁。