8月参加北伐，后任中校逐步累升，参加中共苏区第五次围剿后任51师少将副师长。当时着名的张灵甫在其手下任团长。武汉会战期间，李天霞调任40师师长，隶属于第29军军长兼79师师长陈安宝。1939年反攻南昌之役，79师师长段朗如伏法，29军军长陈安宝阵亡。后王耀武因升迁卸任第51师师长，选择把李天霞请回做第51师师长，导致李天霞和张灵甫之间的关系紧张，张灵甫调到第58师。李天霞后转战庐山战斗、上高会战，并获陆海空军武功状，升第100军中将军长。参加长衡会战、雪峰山会战。抗战后，100军改组为国民革命军整编83