助吕正操完成鞍山、营口地区的设防任务。1946年1月，被任命为北满军区参谋长。1946年4月，李天佑指挥部队攻占哈尔滨，之后任松江军区司令员兼哈尔滨卫戍区司令员。1946年冬，参加三下江南战役。1947年5月，调任东北民主联军第一纵队司令员。在东北1947年夏季战役中，指挥第一纵队攻占公主岭等地，随后进攻四平失利。1948年3月，李天佑再次进攻四平，最终攻占四平。辽沈战役中，李天佑率第一纵队担任战役总预备队，率部参加了歼灭廖耀湘兵团的辽西会战，消灭新一军、新六军和新三军各一部，之后又率部攻占沈阳。辽沈战