林彪携妻带子乘机叛逃，飞机往哪儿飞？谁也不知道。紧急关头，李德生受周恩来重托，坐阵空军指挥，5天5夜没合眼。事后周恩来说：“派李德生只身入虎穴，我们都为他捏把汗，但还是我们胜利了。”
1969年7月，李德生调中央工作，任国务院业务组成员和军委办事组成员。
中央军委办事组是于1967年8月17日根据中共中央、中央军委的决定成立的，是在“文革”的特殊情况下负责中央军委日常工作的办事机构。1968年3月，“杨、余、傅事件”后，军委办事组改组，由黄永胜、吴法宪任正、副组长，成员有叶群、李作鹏、邱会作。此后，军委办事组实际上取代了中央军委常委会，林彪一伙控制了军委很大一部分权力。
毛泽东、周恩来等对林彪重兵在握很是担忧，也很警惕，最后考虑用“掺沙子”的方法抑制林彪势力的增长。可是这“沙子”的人选并不太好找：老帅们受冷落，都没有出来工作；老将们受冲击，掺进去也不合适，搞不好更要挨林彪的整。进军委工作的人首先要不会和林彪一伙搞到一块儿去，并且还要有一定的群众基础。开始酝酿增选人员名单时，林彪一伙并没有提李德生的名字。毛泽东和周恩来经过反复考虑，决定把李德生等几个人当做候选人。最后，在审定名单时，毛泽东亲笔加上了“还有李德生同志”。
1969年4月28日，中共第九届中央委员会政治局第一次会议通过了新的军委办事组成员名单。除原有人员外，新增加了李德生等6人。
李德生从来没有在林彪的领导下工作过，所以军委办事组成员几乎不和他交流情况：轻一点把他当外人，什么话都不跟他说；重一点则把他当敌人，想法排挤、整治他。有时军委开会，整场会议像没李德生这个人似的。表决什么问题，事先不征求他的意见，事后不同他交换看法，李德生同意不同意横竖是要通过的。人在这个环境里会是什么感受，可想而知，谁都会有压抑感、陌生感和被排斥感。可是，李德生却默默承受了这种冷漠和轻视。后来毛泽东问他情况时，他也不多说自己的困难。
李德生到北京后没几天，周恩来就带着他去见毛泽东。这是李德生第一次和毛泽东面对面坐在一起，心情既激动，又有些紧张。毛泽东随手拿起周恩来放在桌上的眼镜戴了一下，问李德生戴不戴眼镜，就这样亲切地开始了同他的谈话。
谈话中，毛泽东向李德生讲了党的斗争历史，还问他看什么书，并且谈到可以看看《红楼梦》、《天演论》和《通鉴纪事本末》。在周恩来向毛泽东谈了对李德生的工作安排后，李德生感到担子太重，提出职务太多，安徽和南京的工作是不是免掉。毛泽东说，“一个也不要免，你一边工作，一边学习，三分之一时间在北京工作，三分之一时间学习，三分之一时间到下面搞调查研究。”后来，李德生一直是按主席的这些指示去做的。
1970年8月，党的九届二中全会前夕，李德生到生产落后的安徽淮北去搞调查研究；将近一个月，接到会议通知后，就从安徽直接上庐山，参加8月23日在那里举行的九届二中全会。
会议期间，周总理向李德生传达毛泽东的指示：要李德生回北京主持军委办事组的工作，把黄永胜换上山来开会。李先念同志也回北京，换回纪登奎同志上山参加会。随后李德生和李先念同志乘汽车到九江，等北京来的飞机。不久飞机来了，黄永胜、纪登奎下了飞机，他们就乘那架飞机返回了北京。
1970年12月16日，中央政治局根据毛泽东的意见，决定召开华北会议，进一步揭发陈伯达的问题。华北会议从1970年12月22日开至1971年1月24日。会上周总理宣布了党中央关于改组北京军区的决定：任命李德生为北京军区司令员，纪登奎为政委。宣布命令前，毛泽东亲自和李德生谈了话。
在华北会议基础上，中央准备召开批陈整风汇报会。周总理带着李德生和黄、吴、李、邱去北戴河看林彪。周总理告诉李德生，此行的目的，是毛泽东要林彪出来参加一下即将召开的批陈整风汇报会，讲几句话，给他个台阶下。
但林彪只是表面上叫黄、吴、李、邱检讨错误，而他自己却不表态认错，也不愿出席会议。
从北戴河回北京后，周总理又带李德生他们一起去见了毛主席，汇报了北戴河之行的情况。毛泽东听了汇报后，当面指着黄、吴、李、邱十分严厉地批评道：“你们已经到了悬崖的边沿了！是跳下去？还是推下去？还是拉回来的问题。能不能拉回来全看你们自己了！”对林彪的态度，毛主席满脸不高兴，但当时因有黄、吴、李、邱在场，他没有说什么。
从1970年9月到1971年4月底，7个多月中，林彪对他在庐山带头搞起来的这场风波，没有作过任何检讨，毛泽东多次给他机会，让他下台阶，他不但不思悔改，反而越走越远，终于发展到走向反革命道路，自绝于人民。
经过批陈整风运动，毛泽东从大量揭发材料看出，林彪一伙进行的一系列活动十分可疑，他决定去南方视察，进一步了解情况，并为即将召开的九届三中全会作准备。
1971年8月14日，毛泽东离开北京去南方巡视。8月31日到南昌后，获悉林彪集团骨干分子周宇驰曾到江西把一辆水陆两用汽车用飞机运走，进一步引起了警觉，9月3日离开南昌到达杭州。
毛泽东沿途找各地负责同志谈话时，一再强调他的谈话不能传。可是9月5日当李作鹏因外事活动到武汉时，刘丰却把毛泽东的谈话告诉了李作鹏。李作鹏于第二天回到北京，通过黄永胜、邱会作告诉了叶群。9月5日深夜，林彪在广州的爪牙将毛泽东讲话内容通过于新野密报了在北戴河的林彪、叶群、林立果。两路来的消息如晴天霹雳，吓得林彪一伙失魂落魄。惊恐之余，狗急跳墙，他们决定下毒手谋害毛泽东。
从9月8日到11日，林立果、周宇驰一伙在北京西郊机场的小平房里，一直在策划谋害毛泽东的方案，有的提出在上海虹桥机场放火，乘乱干掉他，有的提出用火焰喷射器烧，有的提出用飞机轰炸。还有一个方案是在苏州硕放铁路桥炸火车……此一方案还没有来得及执行，毛泽东的专列已安全通过硕放桥，飞驰北上，一路不停。通过了蚌埠—济南，到了天津。毛泽东叫停车，嘱咐随行的张耀祠：打电话通知李德生、纪登奎、吴德、吴忠到丰台火车站来见我。李德生等在1971年9月12日12点，在丰台火车站专列上见到了毛泽东。
见面结束后，毛泽东要李德生去执行一项任务：调一个师来南口。当时毛泽东不但十分警惕，而且已做了具体部署，对林彪一伙可能搞武装政变的最坏的情况都估计到了。离开毛泽东，李德生立即部署了一个师的调动。
1971年9月12日晚上，李德生正在人民大会堂福建厅开会，会议由周恩来主持，讨论他即将在四届人大上作的《政府工作报告》。当天晚上，发生了震惊中外的林彪叛逃事件。
周恩来一听到林彪从山海关出逃的消息，马上打电话报告了毛泽东，然后立即对李德生说，林彪乘飞机逃跑了！命令李德生马上到军委空军司令部，代替他坐阵指挥，随时报告情况。周恩来指示李德生24小时都不能离开。
李德生的汽车急驰空军司令部，下车后他快步进入作战部指挥所，并找来空军参谋长梁璞，一起注视着整幅墙壁大的雷达屏幕。这时，李德生看到屏幕上清楚地显示出那架飞机标志的亮点正向北移动，位置在中国承德和蒙古人民共和国国境线之间。
梁璞说：“这架飞机飞航不一般，情况异常。”
李德生问他：“有什么特点？”
梁说：“第一，飞的不是国际航线；第二，方向往北，马上要出国境到蒙古了；第三，飞的是低空。”
李德生坐在一张很大的写字台前，不断将飞机的位置、高度、方向、到达地点等等情况向周恩来汇报。当李德生请示处置办法时，周恩来说已请示了毛主席，主席说：天要下雨，娘要嫁人，由他去吧。
9月13日凌晨那架飞机出了国境。
李德生及时报告了周总理。
凌晨3时15分，沙河机场报告“起飞了一架直升机，正向张家口飞去。”李德生立即报告周恩来。周总理请示毛主席后，指示李德生说：“要它迫降，不听就打下来，决不能让它飞走！”
李德生立即命令北空起飞了8架“歼6”飞机拦截，迫使直升机回头，迫降在怀柔境内。
9月14日，当得知林彪飞机在蒙古温都尔汗坠毁后，李德生连夜组织搞清查工作，根据林彪余党李伟信的供词，在他的住处搜查出了大批林彪反革命集团的罪证。其中有谋害毛泽东的计划《“571工程”纪要》，另立中央南逃人员编组名单等等重大罪证，李德生立即派专人送给了周总理转呈毛主席。
毛泽东以无产阶级革命家敏锐的政治洞察力，识破了林、陈反党集团的阴谋，危急时刻，又亲自到南方巡视，接见党政军领导，不但在要害地区完成了对林彪反革命集团的揭露和防范，而且机智地脱离了险境安全回到北京，对粉碎林彪反革命集团做出了重大历史贡献。在这场关系国家前途与命运的重大政治斗争中，李德生忠实执行毛主席、周总理的正确决策，发挥了举足轻重的作用。