37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（第四军分区）政治部主任。1940年秋，任晋察冀军区第五军分区政治委员兼政治部主任，参加百团大战。1941年，任晋察冀边区政府公安局局长，参加反扫荡作战。1945年出席中共七大，7月任冀察军区政治部主任。1945年10月，李天焕任晋察冀军区冀察纵队副政治委员兼政治部主任、察哈尔军区副政治委员兼政治部主任。1946年7月起，任冀察军区副政治委员