2002年下半年，总装备部下达任务要编写新一代飞机预研的论证报告，要求从宏观战略层面提出总体思路，回答为什么和怎样发展的问题。601所委托李天牵头组织各专业骨干力量编写该论证报告，经过两个多月的工作，李天汇总完成了该论证报告，经所长孙聪，总师李明审阅成文。总装备部和空军于2002年9月28—29日在北京召开了有关新一代飞机发展的研讨会，总装备部张耀副秘书长、胡子健总师，空军戈文墉副参谋长、马健部长、朱荣昌主任以及顾诵芬、李明、陈一坚、屠基达、颜鸣皋、关桥、刘大响、冯培德和贲德等九位院士及许多专家参加了会议，李天代表601所向大会做了论证报告。领导、院士及其他专家都做了发言。最后总装备部张耀副秘书长做了总结发言，认为会议开的很好，许多发言有见地，思路基本清楚。会上要求在11月完成总报告及分报告。总报告由顾涌芬院士牵头编写，601所负责分报告即《新一代飞机发展总体思路》的编写。回所后经过几次讨论，由李天执笔于11月上旬完成了分报告的编写。2002年12月10日，在北京召开第二次研讨会。会上顾涌芬院士介绍了分报告和总报告，经专家讨论，最后张耀总结认为：2个月的辛勤劳动，完成了论证报告，受到鼓舞，会后稍作修改即可完稿上报。李天回所经修改后于12月20日上交了报告。这两次讨论和完成的论证报告推动了我国新一代飞机的研制进展。
从2003年开始，李天领导601所的团队，对“98-02”方案进行进一步的优化研究，重点在前中机身及进气道的改进，李天领导进气道组在完成了Caret进气道的设计后，又组织大家与南航合作，建立了Bump进气道的设计方法，并在“98-02”方案上设计了具有Bump进气道的几种方案，进行了风洞试验研究，初步摸清了该进气道的设计关键及其优缺点。在完成了全机总体布置及设备安装的设计后，对飞机外形进行了又一轮的优化，在此基础上完成了一轮气动及隐身的补充试验，使方案的性能有较大的改进和更接近工程化，定义该方案为“98-03”方案。考虑到发动机的研制周期，李天建议采用A、B两种状态，A状态为成熟的发动机，B状态为新研发动机，以减小研制风险，该思想得到集团公司、空军及总装备部的认同。
2003年11月中旬，空军装备部协同总装备部对新一代飞机预研进行中期评估检查。组织专家组对601所及611所等前三年预研工作进行评估。李天代表课题组向专家组汇报了三年来601所在“98”方案基础上开展的工作，取得的进展。专家组认为601所在方案研究上有突破性进展，为立项打下了一个坚实的技术基础。
2004年开始，中航一集团科技部在吕杰部长主持下，601与611两所共同多次与辅机厂所进行技术协调及召开研讨会，同时开始准备评估体系及评估标准的制定，李天带领相关人员多次往返于北京、洛阳和成都等地进行协调和调研。在所里则领导工作队对方案做进一步的优化设计工作，使之在2004年冻结方案，2005年完成“十五”预研的全部任务。
在2004年3月上旬，李天领导课题组编写了向总装备部及空军领导汇报的《新一代飞机研制进展》报告，包括总体方案及各系统配套方案、风险分析、可行性及措施。2004年3月18日孙聪所长带领李天副总师，赵霞副总师等到总装备部向刘胜部长做了详细汇报。刘胜部长最后对作战对象，使命任务及技术指标做了重要指示，指出要进一步完善方案，提出两家方案要竞争、评估和择优，为立项做准备。
2005年开始，李天领导课题组，一方面要全面完成“十五”预研规划的全部内容，另一方面还要制定新一代飞机的发展规划，确定立项前应完成的各种技术准备工作，完成从预研向型号过渡的工作以及“十一五”前期准备工作。任务繁重而艰巨，李天以极大的热情全身心地投入到该项工作中去，不仅是为601所的发展，而且是为航空工业，是为中国空军的发展。他多次往返于沈阳和北京，从北京晚上乘火车，第二天早晨到沈阳，回到家吃点饭就匆忙赶到办公室，布置新的工作，检查进展情况，到工作队和大家一起研究方案，解决问题，还到哈尔滨参加相关的风洞试验，经常加班加点，他的忘我工作精神也鼓舞了团队的全体成员，大家都经常加班到深夜，周六、周日也不休息。李天不仅审查技术汇报，许多重要报告他都亲自编写。这期间空军及集团的会议特别多，包括各专业协调，“十五”总结及评估，“十一五”规划指南编写等，他几乎每周都要去一次北京，开完会马上回来投入方案研究工作。
在李天的领导下，“十五”的预研规划圆满地完成了任务，“十一五”研制指南及方案评估体系也基本确定。
新一代飞机的预研，经过两个五年规划的攻关，取得了突破性的进展，在飞机总体/气动/隐身综合设计领域已达到世界先进水平，为我国自行研制新一代飞机奠定了坚实的技术基础，为在“十一五”立项做出了重要贡献。这些成绩的取得是和李天个人的努力，带领课题团队进行攻关和团结协作分不开的。
2005年10月下旬，总装备部航空局领导来所视察并听取型号及预研工作汇报，在会上提出对两所预研的新方案将于2006年开始评估，争取年底评估完。2005年底将发布评估体系。请601所做好准备。“十五”新方案的预研是由李天负责的，经过5年的预研，做了大量的计算、试验，方案趋于成熟。“十五”该课题的验收实际上是准备用评估来代替。根据总装备部的指示，601所很重视，这不单单是课题总结和评估，而且是两所竞标新方案由谁来干的问题，事关重大，也是决定两所的未来发展的大问题。孙聪所长要求必须动员全所力量，而不仅仅是新方案工作队的任务，专业总师及各部部长必须重视起来，开展总体策划，评出竞标计划。稍后，李天组织科技处，新机工作队及相关副总师、部长开会，具体落实各专业准备评估的内容及技术报告的编写和顶层策划等工作。
为了展示“十五”预研的成果，孙聪所长决定搞一个新方案成果展览室，所里专门腾出一个试验大厅做场地。李天对展室的内容进行筛选，与展室布置小组一起确定了展板、实物和模型等方案。李天对50多个展板的内容进行了认真的修改，审查和定稿，对选用哪些试验模型、试验件、实物，以及真实的仿真环境都做出了决定。经过2个多月的努力，“十五”预研成果展览室布置完毕。总装备部副部长丛日刚，军兵种部副部长刘胜，空军副司令马晓天，空军装备部部长魏刚，中航一集团林左鸣总经理以及副总经理胡问鸣等都来参观，他们都对601所在新方案预研中所取得的成绩感到高兴和鼓舞。展览室接待了近百名总装备部、空军、海军、科工局及中航集团的各级领导和专家。他们一致认为601所在新方案工作中取得了显著的成绩，工作做得扎实，值得称赞。
从2006年初开始，李天领导有关副总师及新机工作队的同志对空军下发的评估体系进行研究和分析，并提出修改建议，同时组织各专业开始编写评估报告。方案的细化及完善工作则由新机工作队负责。
601所的新机工作队是由原所长孙聪提议，得到所党委一致同意于2004年7月8日成立的，目的是为新方案的研制开创一条新路，抽出一部分一线的骨干力量，全力以赴搞好新方案，为争取新方案竞标的胜利而奋斗。李天任技术顾问，工作队队长由副总师王永庆兼任，张子军、王东石为工作队副队长。所里在2号楼设置了专门的办公室，队员由各研究部调来，集中在此工作，并配备了较好的计算机。李天主要负责工作队日常技术工作的协调、技术问题讨论及重大关键技术问题的咨询，协助孙聪所长主持召开技术工作中关键技术研讨会及工作进展汇报等。这段时间李天的主要精力都用于方案的研制工作中，重点抓总体、气动与隐身专业的技术攻关工作，使其性能达到课题指标的要求。由于工作队是单独建制，与各部各专业的工作协调和接口有时出现不协调或矛盾的问题，这时李天召集有关专业副总师和部长们与工作队的同志共同协商解决，使工作不致因机构问题而停顿或无人过问。到2006年上半年，601所的方案基本冻结，各项指标达到或超过课题规定的技术指标。
从2006年下半年开始，李天配合孙聪所长与相关专业副总师抓方案的论证及评审工作，包括评估体系的编制、研讨、与空军协商和汇报等多项工作，同时进行各专业方案进一步完善和技术总结报告的编写工作。到2007年初，所里提出要求在上半年完成工程验证方案的冻结并完成立项论证报告的编写工作。2007年3月，空军要求601所和611所要在7月上旬提供竞标的技术报告共15份。李天组织各专业副总师分头准备自己专业的技术报告，他要求大家在报告中重点阐述关键技术的突破情况，方案的可行性、先进性及创新点。从报告中显示出601所各专业的技术实力和设计水平。从5月中旬开始到6月底，李天组织各专业副总师及相关技术人员开始审查及修改报告，并排了顺序，先编好的先审。这段时间李天全力以赴投入到此项工作，经常加班加点，为了保证报告的质量，充分显示601所的技术实力和方案的创新，需要认真总结和提炼，他严格把关，并提出好的建议和修改意见，对总体、气动和隐身等报告他亲自编一些重要章节。其中总报告是全系统的高度提炼和总结，花的时间最多。完成技术报告的编写审定后，从7月初开始编写汇报用的演示文稿，7月下旬李天召集各专业的副总师及各部部长，开始一个个审查演示文稿，由报告人试讲，然后找出问题，进行修改。8月初他又召集会议，进行了第一次预演，经过这次会议，基本定稿。根据空军的要求601所将15份报告及14个演示文稿等于8月18日送往空八所。8月23日，601所在北京向评审专家做了一天的全面汇报，包括录像，孙聪总师的总报告及各分系统的13个分报告。611所24号进行了汇报。8月29日专家组到沈阳。30号参观601所的各实验室，新方案展示，听了601所的汇报，李天就正常式与鸭式气动布局对比以及Caret与Bump进气道问题向专家们做了汇报。专家们还到沈飞公司进行了参观。从此开始了竞标评审工作。2007年10月8日由李天带队包括赵霞副总师，高为民、朱宇等去29基地，参加气动力的评审会。2007年10月底，总装备部正式发文宣布611所的方案获胜，并以611所为主，601所参加，共同组成“国家队”进行联合研制新一代飞机。鉴于这种情况，当时所领导考虑不能由此就停止对新机的研究工作，考虑所里的未来发展和提升核心竞争力，为锻炼队伍和培养人才必须下决心掌握新技术，所里决定自筹资金开发一个新的项目，孙聪自己主抓，并让李天全面负责这项技术工作。李天非常支持所领导的决策和做法，李天院士以国家利益为重，顾全大局，并像抓重点预研项目一样，全身心地投入到该项工作中去。他重点抓顶层和总体、气动、隐身各专业的工作，他每周都召开有关专业的技术讨论会，研讨如何解决工作中出现的难点和问题。李天院士虽然已年过70，但仍在一线为航空工业的振兴和601所的发展而勤奋的工作，为××型方案工作付出艰辛的劳动。李天院士为航空科研事业的发展而进一步发挥余热，再立新功。