调任红三十军参谋长。之后任陕甘支队二纵队十大队队长，率部到达陕北，参加直罗镇战役。1936年2月，李天佑任红一军团二师副师长，参加东征战役。5月，任红四师师长，参加西征战役和山城堡战役。
抗日战争时期.抗日战争爆发后，李天佑任八路军115师343旅686团团长，参加了平型关战役。10月，指挥部队在广阳附近歼灭日军千余人，缴获战马数百匹。之后转战晋西南地区。1938年3月，被任命为第343旅代旅长。1938年5月，李天佑因病回延安，不久转到西安治疗。年底，奉命到苏联伏龙芝军事学院特别