年起，兼任国防部副部长兼国防部第五研究院院长、国防科委副主任。1964年，兼任中国人民航空运动协会名誉主席。刘亚楼是第一至第三届中华人民共和国国防委员会委员、中共第八届中央委员。1965年病重，赴上海住院治病，5月7日在上海病逝，享年55岁。文化大革命爆发前，罗瑞卿受到批判，叶群指出罗瑞卿曾通过刘亚楼传达四条意见，内容为林彪身体不好，不用多请示林彪意见，有事情请示罗瑞卿即可。此内容意在指出罗瑞卿在夺林彪的权。接替空军司令员的吴法宪也在1965年12月给林彪写了一封证明信，信中说刘亚楼在去世前曾叮嘱吴