7月，红四方面军扩编，李天焕任红四方面军第三十军秘书长、第九十师政治部主任。1934年，任红三十军政治部主任、中共川陕省委委员。参加川陕苏区反“三路围攻”，仪南战役、营渠战役、宣达战役、反“六路围攻”作战等。1935年，跟随红四方面军长征，1936年到达陕北。随后参加了红军西路军西征，西路军全军覆没中得以幸存，辗转经过游击战到达新疆，并于1937年秋返回延安。
抗日战争与第二次国共内战期间.1938年，李天焕被派往河北八路军晋察冀军区部队组织敌后游击战，任八路军冀中军区第十支队（第