期间，周桓参与争取长春国军曾泽生部倒戈等工作，并促成郑洞国率新7军投降。1949年5月，周桓任中共中央东北局委员、东北军区政治部主任。
中华人民共和国成立后.中华人民共和国成立后，任中共中央东北局常委、东北军区副政治委员，参与朝鲜战争的后勤保障工作，并参与起草《中国人民解放军政治工作条例》。1955年任沈阳军区政委 ，同年被授予上将军衔和一级八一勋章、一级独立自由勋章和一级解放勋章。1955年11月，参与组织导演辽东半岛抗登陆演习。1959年，因受彭德怀案牵连，降为中共辽宁省委书记