48年5月，升任军委作战部部长兼一局（作战局）局长。在解放战争中，李涛不仅是中央军委首长的高级参谋和得力助手，参与了许多重要战役的组织工作，而且因为他狠抓作战部的业务建设、作风建设，使作战部真正成为中央军委得心应手的参谋工作机关。
李涛在作战部工作期间，曾多次参加了一些重要会议和活动。1947年12月，他参加了中央的“十二月会议”。这次会议讨论通过了毛泽东的《目前形势和我们的任务》的报告。1948年9月，他列席了中央政治局会议。1949年3月他列席了七届二中全会。1949年4月30日，李涛以中国人民解放军总部发言人发表声明，严厉谴责英国军舰“紫石英”号的侵华暴行。
新中国成立后，李涛兼任人民革命军事委员会工程学校校长，并参与创办解放军测绘学校和总参谋部测绘局。曾在统一解放军编制、建立各军兵种方面，协助代理总参谋长聂荣臻做了大量组织工作，并参与组织编写了步兵操典、内务、队列、纪律等条令。
1950年10月初，他列席了中央政治局会议，这次会议讨论并作出了出兵朝鲜的决策。10月8日，李涛以中国人民革命军事委员会主席毛泽东的名义，起草了中国人民志愿军待命出发朝鲜的命令。1957年11月，为参加朱青勋烈士殉难卅周年悼念活动，李涛将军和夫人李焕月才回到了阔别十多年的家乡新坡村，期间写下诗句：“引领瞩目寻家门，轮底门前错过村。为何乡关难辩认，只因金星褪了青。”就是因为金星寨上的树木被砍伐，这位将军也难以辨认自己儿时玩过的地方。为鼓励家乡人民多种树造福子孙后代，临行时在其故居屋背后的金星寨亲手种下两棵柏树，并在离家赴广州后仍兴然赋诗：“秋雨难阻行色匆，重别故里游粤东。行前犹有依依意，权植松柏寄游衷。”寄给他的堂兄，以表达其对家乡的拳拳之心。自从那次回来后，为了中国的革命事业，李涛将军再也没有踏上过故土。
1952年起任军委技术部部长，总参谋部第三部部长、政治委员。提出政治工作与业务工作相结合的方针，要求政工干部必须懂业务，深入到业务中去；同时提出对技术干部实行“高门槛”政策，强调技术业务的中心地位。1955年被授予上将军衔，荣获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。1959年2月，中央军委任命李涛为总参三部部长兼政委，并担任党委第一书记。在十几年的时间里，李涛为建设三部呕心沥血,历尽艰辛，立下了卓越功勋。曾被选为中共第八届候补中央委员和中央监察委员会委员。是第三届国防委员会委员。 在“文化大革命”中，他遭到林彪、“***”的迫害，在身患重病的情况下，被迫离开北京。1970年12月12日，因病没能有效的治疗，在广州逝世，终年65岁。