中华人民共和国成立后，任中国人民解放军空军司令员，国防部副部长兼国防部第五研究院院长、国防科委副主任。

    一九五五年被授予上将军衔。是第一、二、三届国防委员会委员，第一届全国人民代表大会代表，中国共产党第八届中央委员。

    1965年5月7日，刘亚楼上将在上海病逝，年仅55岁。