1949年起任中国人民解放军铁道兵团副司令员、国家铁道部副部长、中共中央军委军事运输司令员、解放军总参谋部军事交通部部长，参与组织领导抗美援朝的军事运输和国家的铁路建设。1962年任铁道部代理部长。1964年任西南铁路建设总指挥部副总指挥、工地指挥部司令员兼政治委员和铁道兵第一政治委员。1965年1月任国家铁道部部长。“文化大革命”中遭受迫害。1975年至1983年复任解放军铁道兵政治委员。1977年任中共中央军委委员。是第一至第三届国防委员会委员，中共第七届中央候补委员，第八、第十一届中央委员，第四届全国人大常务委员会委员，第二、第三届全国政协常务委员，第六届全国政协副主席。1982年被选为中共中央顾问委员会委员。1955年获一级独立自由勋章、一级解放勋章和一级红星功勋荣誉章。著有《论平原游击战争》、《吕正操回忆录》等。

    ２００９年１０月１３日１４时４５吕正操同志在北京逝世，享年１０６岁。