早年经历
1914年1月8日生于广西临桂县六塘圩高坡寨，兄弟姐妹5人，排行第三。幼年时读过两年私塾，后随父母赶圩卖柴卖席卖竹器，在桂林一家米粉店当过学徒。家境的贫寒，使李天佑在小小年纪便产生了离家出走找出路的念头。
土地革命
1928年6月，李天佑在桂林报名加入了北伐军将领李明瑞的部队当勤务兵。1929年10月，李明瑞起兵反蒋失败后，李天佑果断地投向共产党。
1929年加入中国共产党，同年参加百色起义。
1929年10月6日，南宁军校发生叛乱。原来，主政广西的俞作拍、李明瑞通电反蒋，结果手下三个师长被蒋介石收买叛变，有人煽动教导总队的学员去投蒋。但是，张云逸早有部署，李天佑积极配合共产党人粉碎了敌人的阴谋，开始了革命戌马生涯。
1929年10月中旬，李天佑跟随革命队伍由南宁开赴百色，途中参加了中国共产党。
1929年11月，李天佑任教导营机枪连的排长，参加消灭反动的广西警备第三大队并收缴百色县警察局和附近民团枪支的战斗。
1929年12月11日，在邓小平、张云逸、韦拔群等领导下，发动了百色起义，宣告中国红军第七军成立，年仅15岁的李天佑任军部特务连副连长。
1929年12月中旬的一天，桂西土匪2000多人向百色扑来，敌我力量悬殊，形势严峻。
毫不畏惧率领特务连参加了守城巷战，接着又抢占城外高地。城里城外密切配合，粉碎了敌人进攻。
1930年2月初，国民党桂系军阀黄绍竑调遣4000余人“围剿”右江苏区，妄图消灭年轻的红七军，李天佑跟随红七军主力参加隆安战斗，激战5昼夜，带头冲锋夺取敌人占领的制高点，脚部负伤还坚持战斗。
1930年2月3日，在广东省乳源县梅花村，敌4个团前来围攻，敌众我寡，我军杀伤敌1000人左右，自己也伤亡6至700人，干部伤亡近三分之二。李天佑赤膊上阵，指挥全连冒着敌人炮火勇猛冲击，不到半个小时就攻占了山头，保证了莲花战斗的胜利。李天佑身先士卒，冲锋在前的英雄气概，被大家赞誉为“小老虎连长”。
1930年3月底，红七军决定开展外线作战，李天佑脚伤未痊愈，就随军向贵州挺进。
1930年4月初，李天佑被任命为特务连连长。
1930年4月底，红七军攻打贵州国民党军阀王家烈的后方基地榕江县城。由于城防坚固，炮火猛烈，红军连续几小时攻击未能突破。李天佑挑选12名战士组成突击队，肩扛竹梯，身带铁钉，跃出战壕，冲过敌人的火力网，为部队开辟杀进城里的血路，攻下榕江县城，红军歼敌600多人，缴获大量武器弹药，还筹得军饷数万元。
1930年5月，李天佑又随部回师右江，在攻打马鞍山一个大碉堡时带头冲杀，脚板第3次被打穿负伤，先后参加了收复百色、奉议、恩隆等县的战斗。
1930年10月，红七军奉命北上。
1930年12月底攻打武岗县，敌人突然增兵8个团，红七军同敌人激战5昼夜，伤亡严重，部队减员三分之一以上。李天佑奉命带一个排顶住追击的敌人，掩护军首长和军部机关的转移。
1931年7月，红七军跟中央红军在江西省于都县会师，划归红三军团建制。李天佑参加中央革命根据地第三次反“围剿”作战，后到会昌、寻邬休整扩红。
1932年2月上旬，在攻打赣州攀登城墙时，李天佑身中3弹。伤愈后，升任红七军第58团副团长，调瑞金红军学校学习后任团长，参加第四次反“围剿”的黄破、草台岗等战斗。
1933年6月，任红三军团第5师13团团长，参加东征福建的朋口、连城等战斗，李天佑在南平县西芹指挥该团歼灭国民党号称铁军的第十九路军的366团，开创了红军1个团在运动中歼敌1个主力团的辉煌战绩，荣获三等红星奖章，该团被授予“模范13团”奖旗。
1934年1月，李天佑升任红三军团第5师师长，在参加第五次反“围剿”的石城县高虎脑阻击战中，左手受伤仍然指挥全师坚守阵地，打退敌人9次集体冲锋。
1934年10月，在二万五千里长征中，李天佑率领红5师担任军团前卫，奉命在广西灌阳新圩抗击国民党两个师，激战3昼夜，完成掩护中央机关纵队安全渡过湘江的任务。
1935年1月，李天佑任红三军团司令部作战科长，协助军团长积极贯彻执行遵义会议确定的新的作战方针，先后参加了攻占娄山关、袭取遵义城、四渡赤水、飞越大渡河等战斗。
1935年10月，到达陕北。直罗镇战役后任红1军团第2师副师长，第4师师长。
1936年参加西征作战。10月间，李天佑率部参加了打败国民党中央军胡宗南部队的山城堡战斗，为结束十年内战的最后一仗贡献了力量。
抗日战争
1937年9月，李天佑率全团参加歼灭日军板垣师团1000人的平型关战斗。
1938年，任第343旅副旅长，参加正太路的多次战斗，消灭日军数百人，缴获战马数百匹和200支步枪。
1938年3月，代理343旅旅长，率部转战于吕梁山区，参加开辟晋西南抗日根据地。[4]
1938年底，奉命赴苏联莫斯科伏龙芝军事学院学习。
1944年春返回延安。
1945年，参加中国共产党第七次全国代表大会。
1939年赴苏联学习军事。
解放战争
1947年6月，指挥2个纵队另1个师和配属5个炮兵营攻打四平，歼敌1万多人，攻占城区五分之三。战后，总结出一套攻坚战术，在东北各部队推广。
1948年5月，指挥3个纵队和4个炮兵团再次攻打四平国民党守军，歼敌近2万人。1948年9月，率部参加辽沈战役，歼敌近3万人。
1949年1月，在平津战役中，李天佑担任解放天津西线指挥员，指挥38军、39军，全歼天津国民党军13万人。是役后，担任第13兵团副司令，率部南下参加渡（长）江、解放湖北等战役，为全国解放立下赫赫功勋。
建国之后
1954年，入南京高等军事学院学习。1955年获得上将军衔。获得一级八一勋章、二级独立自由勋章、一级解放勋章。
1955年被授予上将军衔[3]。获一级八一勋章、一级解放勋章。是第二、三届国防委员会委员，中国共产党第七次全国代表大会代表，第九届中央委员。
1958年1月，任广州军区代司令员。
1962年，任中国人民解放军副总参谋长。是中共第七、八、九届代表大会代表，第九届中央委员，中央军委委员；第一届全国政协委员，第一、二、三届全国人大代表和国防委员会委员。
1970年9月27日因病在北京逝世，年仅56岁。
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