剿匪工作完成後，37歲的李天佑升任廣西軍區司令員。
19廣州軍區代司令員逸事
1957年11月，李天佑出任廣州軍區第一副司令員。12月任軍區黨委第三書記。不久，軍區司令員調出學習，他又被任命為軍區代司令員，主持軍區全面工作。
（1）
在戰爭年代，李天佑戰功赫赫，凡是大仗都有他的份，並且他多是擔任最艱鉅的任務，但革命勝利後，他並不居功自傲，為人很謙虛。他任代司令員後，很多人在會上會下都不再稱他副司令員，也不稱他代司令員，而喊他為“李司令員”。每遇到這種情況，他就嚴肅地說：
“請你注意，中央軍委只任命我為副司令員、代司令員，今後你最好叫我李天佑，或李副司令員。”
這一說常常弄得對方很是尷尬。
但是，軍區機關呈送檔案或報告，有的人仍繼續稱他為“司令員”。結果，他只好又重申：“這樣的稱呼不恰當，不符合中央任命我的職務，應當糾正。”為此，他特地又要秘書向軍區司令部辦公室傳達他的要求，正式通知機關各部門糾正這種名不副實的稱呼。在他一再嚴肅提出糾正後，再也沒人稱李天佑為“司令員”了。為此，他高興地說：
“你們沒權力把這個‘副’字拿掉，用上也不難！你們按中央規定辦事了，我也不覺得你們拍馬屁！兩全其美，這樣多好呀！”
（2）
20世紀50年代末和60年代初，國內經濟發生極大困難，國際上反華勢力蠢蠢欲動，華南地區是美蔣勢力在沿海發動武裝入侵的前沿地區，國防任務十分艱鉅。
誰知偏偏在這時，時任國防部長的林彪在軍事設防問題上卻提出了一個“北頂南放”的戰略方針，即在北方要處處設防，加修工事，而在華南地區則要“放”。所謂“放”，就是不搞設防，甚至可以廢棄原有工事。1958年，林彪去海南島走了一趟，回到廣州後，在談到華南防務時，在一張海南島地圖上批了10個大字：
“堅守五指山，全島打游擊”
這連個句號都沒有的批語之意還是貫徹他所謂的“北頂南放”方針。為此，他還對李天佑等人說：“一旦敵人從華南入侵，就任其長驅直入，放進來打。”
李天佑說：“自古以來，沒有一個國家不抵抗就直接把敵人放進自己的國土上打的，這不符合積極防禦的軍事原則。我們是統一的社會主義國家。中國長期存在的那種有軍無防的狀態必須結束。不管敵人現在來不來，但一定要設防。有備才能無患，無備就要捱打。‘南放’方針，這不符合毛主席一貫主張的積極防禦的軍事思想，更不符合華南的實際狀況。”
據說，在當年東北部隊中，敢於向林彪提出不同意見，並且能為他接受的下屬，只有兩個人，一個是劉亞樓，一個就是李天佑。但林彪這次卻沒有接受他的意見：“‘南放’方針不能變，具體如何做，你去想辦法。”
李天佑沒辦法，但他暗中對林彪的“南放”方針留了一手，搞出了一個“重點設防，搞縱深防禦，有梯次的配置兵力，不搞一線式設防”的防禦方案，其主旨是在敵人可能進攻的主要方向上層層設防，同時掌握強大的預備隊。對此，他形象地說：“絕不能讓敵人一捅就破，同時要有拳頭。”
按照此防禦方案，廣州軍區在重要海島、主要軍事要地都配置了大口徑的大炮，在必要時可以“有效地封鎖航道”。另外，根據朝鮮戰場的經驗，各個部隊還挖了許多坑道工事，能夠防原子彈、防化學、防細菌武器的襲擊。
李天佑的設防計劃與林彪的“南攻”方針完全相反，得到了時任中央軍委秘書長、總參謀長羅瑞卿的贊同。
（3）
1959年廬山會議後，廣州部隊因批判所謂的“單純軍事觀點”，戰備訓練受到很大沖擊。
一天，在工作安排會議上，李天佑說：“軍區工作要繼續堅持以戰備訓練為中心。”
但是，許多人還是顧慮重重，不敢抓軍事訓練，軍事幹部也犯了難。李天佑發現此情況後，對他們說：“當兵不搞戰備訓練，這和工廠不搞生產、農民不種地有什麼區別？這怎麼行呢？國家和人民會遭殃的！”
“抓戰備風險很大，弄得不好，就會被扣上‘脫離政治’，或‘以軍事衝擊政治’的帽子。”
“風險再大，罪名再多，也要搞！”
由於李天佑決心很大，全軍區繼續進行嚴格的戰備訓練。結果，這一年廣州軍區的戰備訓練搞得