著名的孟良崮戰役中，張靈甫整編第七十師被圍，老蔣曾嚴令“如有萎靡猶豫，逡巡不前或赴援不力，中途停頓，以緻友軍危亡，緻’共匪'漏網逃脫，定必以畏匪避戰，縱匪害國延誤戰局，嚴究論罪不貸！希望奮勉勿誤。”
在老蔣的嚴令下，在孟良崮外圍的國民黨部隊胡琏率11、59、64三個整編師，李天霞率74、83兩個整編師及第7軍，黃百韬率25、65兩個整編師及65師(旅)，瘋狂地發動進攻，但華東野戰軍打援部隊實在是太強了，任他們怎麼瘋狂，就是攻不進去。
最終，國軍整編第七十四師被殲滅，師長張靈甫、副師長蔡仁傑、58旅旅長盧醒等将領被擊斃，七十四師參謀長魏振钺、副參謀長李運良、51旅旅長陳傳鈞、57旅旅長陳噓雲被俘，總損失計3萬餘人。
張靈甫整編第七十師被殲滅，老蔣十分憤怒與痛心，這麼大的損失，馬上就得找人出氣吧，于是，李天霞成了罪魁禍首。前去增援的，有胡琏，也有黃百韬，為何偏偏是李天霞呢？因為，李天霞在增援過程中，改變了徐州剿總制定的進軍路線，被徐州"剿總"派來的偵察飛機看到了，認為他們不是前進而是後撤。
湯恩伯便向老蔣報告了，如此，李天霞成了見死不救的主。老蔣下令："湯恩伯撤職查辦，李天霞就地槍決"。不過，老蔣也明白，李天霞罪不緻死，在湯恩伯的如實彙報了戰役經過後，老蔣撤銷了就地槍決的指令，一個月後，也就是1947年6月2日，授予李天霞三等雲麾勳章，并大肆宣傳，他是大英雄。半年後，李天霞複出升任第一綏靖區副司令官，兼泰靖揚指揮官。