1935年初，北平市政府决定在当年5月至1936年10月，对天坛实施全面修缮，并为此特地向国内进行工程招标，最后确定由旧都文物整理委员会及其执行机构北平文物整理实施事务处领衔，委托天津的基泰工程司承担天坛修缮工程的测绘及其施工。当时，基泰在国内的几个大城市均设有分所，专业人员比较齐全，除掌门人关颂声和总工程师杨廷宝及外交管家关颂坚与理财管家朱彬以外，还设有结构、设备、机械、预算、项目管理等配套部门，基泰又有较好的人脉，因此得以受委托维修天坛。为此，杨廷宝在北平开设了基泰建筑事务所北平分所，其助手有施工工程师董伯川，还有绘图员李益甫、分析师王钟仁等。为了保质保量地完成天坛的修缮工程，旧都文物整理委员会还特聘朱启钤、梁思成、刘敦桢、林徽因等作为技术顾问；基泰事务所的杨廷宝则以总建筑师的身份，作为特聘专家指导工程施工的全过程。当时，基泰事务所优秀的年轻建筑师张，也随杨廷宝一起参加了天坛的修缮工作。
杨廷宝在美国宾大留学时学的是西方现代建筑和西方古典建筑，虽说回国后这些年正值建筑界大力提倡国粹，他也设计了不少古典主义风格的建筑，但纯粹的古建筑修缮，他还是第一次接触。因此修缮天坛这项工程，对杨廷宝来说也是一个巨大的挑战。
要做一个真正了不起的中国建筑师，必须了解、熟悉中国古老的建筑文化艺术与传统。修缮前，杨廷宝大量参阅多方文献资料，与朱启钤、梁思成等人多次研究探讨，并赴现场拍摄、测绘、研究，不倦地学习、思考。但是，工程刚一开始他就有了老虎吃刺猬——无从下口的感觉。
满目疮痍的祈年殿怎样才能旧貌展新颜，既能修复一新，又保留原有的风貌？雕梁画栋、飞檐翘角，这些虽说是他从小就熟的建筑形式，但真正自己做起来，却还真不知道怎样下手。这个留洋的学西方建筑的工程师，现在要修缮中国古建筑，必须得从学徒开始。他到天坛转了几圈后，想到了修缮古建筑的工匠，他们的专业知识一定比自己多，产生了拜师学艺的念头。
工匠中有一位侯良臣师傅，本是清朝末年的老木匠，有着丰富的实践经验和较好的艺术鉴赏能力，早年曾参加过故宫的修缮，对古典建筑了如指掌，尤其在制作角梁上更是具有独到的本领。杨廷宝虚心地登门拜访，拜他为师，向他讨教古建筑修缮的规范和技术；还有一位郭松泉师傅，是位经验丰富的老画师，也是杨廷宝学艺的老师傅。杨廷宝经常把几位老工匠请出来，一起到北京有名的“东来顺”去吃涮羊肉，在酒酣茶酽之余，与老师傅们共同探讨古建筑修缮的问题。
对杨廷宝拜民间师傅学艺一事，他的学生张良皋在《中国建筑呼唤文艺复兴宗匠》一文中写道：“（杨廷宝）恭恭敬敬，向老匠师‘执弟子礼’。为了钻研庑殿‘推山’的奥秘，杨先生不惜亲自陪一位老匠师躺烟馆，亲手为那位老匠师烧‘烟泡’（鸦片泡），让老匠师感动而且高兴，尽情传授了‘推山’的秘诀。
杨先生平生连纸烟也不抽一口，这次真亏他让鸦片烟熏得够‘呛’。”
侯良臣与其他几个老师傅，见这个喝过洋墨水、年纪轻轻就已声名远扬的大建筑师，不但宽厚待人，还如此谦恭好学，心中非常敬重他，于是知无不言，言无不尽，什么“柱高一丈、出檐三尺”“方五斜七”“修旧如旧”等修缮秘诀，一股脑儿都倒了出来。
杨廷宝一边在修缮过程中不断与技艺高超的木工、架子工、油漆工交流切磋，总结师傅们的口诀与技巧，从历史和文字资料中去搜集第一手材料，寻找“营造则例”中相同的案例与解决方案，在现场认真地进行分析、记录，最终，既解决了修缮难题，又学到了丰富的古建修缮知识。
天坛坐落于北京的天坛公园内，始建于明朝永乐十八年（1420年），是我国现存最精美的古建筑群之一，建筑主体分为祈年殿、皇穹宇、圜丘等几大部分。
清乾隆十七年（1752年），清廷曾重修过皇穹宇。清光绪十五年（1889年），祈年殿曾遭雷火击焚，之后虽经长达七年的修缮，无奈维修质量太差，宝顶已呈现出岌岌可危的歪斜状态。袁世凯在称帝后，曾动用不少人力、物力和财力，对天坛进行过一次简单的修缮，但由于在修缮过程中管理不善，水平也有限，修缮显得马虎潦草，效果非常不理想。此后不久，军阀混战，天坛及其附属建筑遭到破坏，四周矮墙及脊兽更是残破不全，地坪上的石缝杂草丛生，亲临其境，顿生荒芜凄凉之感。
皇穹宇始建于明嘉靖九年（1530年），清乾隆十七年重修过。这次对建筑外表、屋面等整修翻新，杨廷宝特别重视对这一建筑珍品的梁柱、墙面等原有装饰彩绘艺术效果的体现。在对柱子的沥粉贴金和墙面的花边纹样重新装饰时，他主张采用“修旧如旧”的手法，尊重历史的原有面目。他亲自与工匠师傅们一起调配色彩，按照原样予以补齐并使整个建筑的色彩达到统一协调。在对皇穹宇前的天坛祈年殿修缮现场天坛祈年殿内部天花三阙门和回音壁的修复时，杨廷宝对琉璃、砖瓦等材料件件精选，并在施工现场与工匠们一起想办法，使磨砖对缝达到细致准确、天衣无缝的效果。
在修缮圜丘坛时，杨廷宝指挥工匠们翻开旧的地坪，除去其中的杂草和树根，对基础部分的三合土重做，去掉其中的残损石块，找出排水坡度，从而使整个圜丘坛的3034块石面都达到了严丝合缝，完好如初，修缮后看不出任何破绽。
祈年殿殿高38米，建于三层台座上，是我国木构建筑的珍贵遗产之一。修缮时，施工人员从地面到宝顶搭起脚手架，先将屋面全部卸下，修整三层外檐。
宝顶用铜皮焊成，磨光镏金，套在雷公柱外，修理时工人钻入宝顶，两人在内操作，把歪斜的雷公柱修正，使宝顶端正地落在由大块琉璃砖制成的须弥座上。屋面琉璃瓦在檐口为一个个瓦头、滴水，花纹精细，而到高处顶部，则由四五个瓦垄合烧成一块琉璃板，相对比较粗大。由于人的视觉远近效果不同，建筑各部的材料和施工方法也随之而变。修缮天坛所需要的琉璃瓦件，当时由北平西山赵家窑和东城外地西通河窑厂生产。祈年殿屋顶的防水设施，则根据传统的工艺手法在灰背上铺锡板、缝隙中粉嵌灰贝，然后层层盖上底瓦、筒瓦。殿名匾额，修缮中报经当时的市政府同意，仅用“祈年殿”三字，略去满文。祈年殿殿内木料，晚清时已由南洋进口，柱子改用木柱心，外周用小木拼绑，用铁环紧箍，柱表披麻筑灰，最后油漆沥粉贴金。台阶、汉白玉栏板、望柱，有破损的进行局部修补或调换。天坛修缮工程中尚有祈年门、东西配殿（木料均系楠木）和宰牲亭等建筑也修缮一新。
