Veebruaris hakkavad isased sinitihased puuvõra ladvapoolses osas esitama oma heledat hõbekõlalist, lõpu pool langeva tooniga laulu, mis eri isenditel võib olla üsnagi erinev, ka näiteks rasvatihase moodi rütmiliselt raiuv sii-tata sii-tata tsii. Sobiva pesaõõne (tehispesadele soovitatakse teha 28 mm läbimõõduga lennuava) ümbrusest ajab sinitihasepapa oma suguvendi väga agaralt eemale, eriti pärast emalinnu „äralaulmist”. Pesaehitus on ematihase hool ja mure, harva kui isalind mõne kõrre või sulekese kohale toob. Suhteliselt tüse, õõnsuse põhjast kümmekonna sentimeetri paksune pesa saab valmis mai alguseks ja sinna munetakse kuni tosin roosakasvalget ookertäpilist muna. Kuigi näivalt ainuabielulised, harrastavad sinitihased siiski rohkelt „kõrvalhüppeid” ja DNA-uuringutest on selgunud, et viiendik isastest on kahenaisepidajad ja 35 protsenti pesakondadest pärinevad kahelt või kolmelt isaslinnult.
Reeglina hakkab emalind hauduma viimase muna munemise järel ja pojad kooruvad 12 kuni 17 päeva järel. Ilmselt mängib nii erineva haudevältuse puhul rolli see, kui sageli emalind munadelt lahkub, aga mõni teeb seda kuni 25 minuti kaupa hulk kordi päevas. Pojad on alul kinnisilmsed ja peaaegu paljad ning ema soojendab neid esimesel elunädalal enam-vähem pidevalt. Vanemad toidavad neid alul põhiliselt lehetäide, siis ämblike ja liblikavaksikutega ja lõpuks tuuakse poegadele ka pisikesi mardikaid. Lennuvõimeliseks saavad nad 16 kuni 22 päevaga, seejärel uitavad mõne nädala koos vanematega ringi ja hajuvad järk-järgult, jäädes enamasti siiski üksteisest kuuldekaugusele.
Neid pisikesi linde, eriti kogenematuid noori varitseb palju ohtusid, küll raudkullide, hallõgijate ja teiste röövlindude näol, mõni satub nirgi, kärbi või orava hambusse. Neid hukkub hulgaliselt talvepakase ja paksult oksi katva ja toiduobjekte peitva härmatise tõttu, nii et esimese talve järel asub pesitsema vaid veerand eelmise aasta järelpõlvest. Kesk-Euroopas on üksikud sinitihased suutnud elus püsida isegi kaheksa aastat, aga keskmine eluiga jääb kolme-nelja aasta kanti.