1826年（清道光六年），清政府初办漕粮海运，关天培押粮船千余艘平安至天津，旋升副将。次年，提升为江南苏松镇总兵。1832年春，署理江南提督。1834年调任广东水师提督。

关天培到任后，即致力于加强广东沿海的防务

他亲自勘察"海洋厄塞"，积极整顿防务，筑炮台，铸重炮，造暗礁，训练士兵，巩固海防。他亲自监督铸造大炮八千斤、六千斤者四十尊，六千斤以下者数百尊，并分置各炮台，以加强防守力量。 与此同时，他又加紧训练水师部队，亲自驻扎在虎门督军操练，每年二月末、八月初，亲自率领五百士兵，分别到威远、镇远、横档、大浇、永安、巩固六地进行实战演习，操练枪炮。关天培还将建设虎门要塞的经验和汇集的有关资料，编成《筹海初集》四卷并附有许多详细的地图和训练图、表等。

身先士卒，誓与炮台共存亡

1840年7月，英水手在尖沙嘴一带横行霸道，杀死一无辜村民，林则徐提出抗议，要英国驻华商务监督义律交出凶手，义律不但不交，反而乘机扩大侵略，接连几次向广东沿海武装进犯。关天培身先士卒，率领将士奋勇抵抗，屡次打败英军，使他们的侵略行动未能得逞。

义律看到关天培率领的兵力强大，不敢任意挑衅，而英国的鸦片贩子仍在继续走私鸦片。关天培积极配合林则徐，搜捕鸦片走私船。鸦片战争爆发后，关天培在林则徐领导下，率兵英勇反击英军，英军无法侵占广东，只得分兵北上，进犯天津。而昏愦的道光皇帝却屈从了侵略者的要求，下令将林则徐革职，派直隶总督琦善替任。

琦善一到广州，就反对林则徐、关天培的做法，下令撤除关天培多年苦心经营的海防，水师被遣散三分之二，战斗力最强的募勇被全部遣散，这正迎合了英军的需要。

1841年1月，英军乘虚而入，攻陷沙角、大角两炮台，这样虎门失去屏障。此时虎门炮台只有少数兵力防守，形势万分危急。关天培坐镇前线，向琦善请求增援。可是，琦善这个可耻的卖国贼唯恐防碍"议和"，不敢发兵。关天培极为愤恨，决定死守。他拿出自己的银钱补充军饷，鼓励将士英勇杀敌，又将数枚脱落的牙齿和几件旧衣寄给家眷，表示了与炮台共存亡的决心。

浴血虎门，殉职时仍挺立不倒

道光二十一年（1841年）二月初六，英军对虎门要塞发动总攻，以战舰10艘、汽船3艘，配以登陆部队，猛攻关天培所在的靖远炮台。战斗从中午到深夜，进行得异常激烈。年逾六旬的关天培亲自指挥，负伤十余处尚亲自开炮还击敌军。英国司令向关天培发出最后通牒，令其放弃虎门各炮台，关天培不予理睬。后被枪弹击中，致创痕遍体，口中仍然大呼杀敌。

为了不使提督大印落入敌手，关天培急令随从将大印带走，随从哭着拽住他的衣襟，请求一同撤走。关天培厉声拒绝，坚持指挥，激励士兵奋力苦战。忽然，敌人又一发炮弹袭来，这位年逾六旬的老将不幸中弹牺牲。关天培以身殉职时，双目紧闭，挺立不倒，英军吓得目瞪口呆。最后，守卫炮台的400多名将士，全部壮烈殉国。

关天培的尸体后来被随从孙长庆找到，半身已被炮火烧焦了。出葬的那天，"士大夫数百人缟衣迎送，旁观者或痛哭失声"。

关天培血战殉国后，清廷给予优恤，谥忠节，入祀昭忠祠，建立专祠。老母吴氏年逾八十，命地方官存问，给银米以养馀年。

《清史稿》这样评价关天培："专阃之臣，忘身殉国，义不返踵，亦各求其心之所安耳。呜呼，烈已！"