袁纯清接替已调中央工作的陈德铭，出任陕西省人民政府代省长；次年2月3日，在第十届陕西省人民代表大会第五次会议上，正式当选为陕西省省长。 2010年5月31日，中共中央宣布，袁纯清接任中共山西省委书记。7月起，兼任山西省人大常委会主任。因任职期间山西官场严重腐败，2014年9月1日，中共中央政治局常委刘云山、中央组织部部长赵乐际亲自前往太原宣布山西省委领导调整。袁纯清被免去山西省委书记职务，转任中央农村工作领导小组副组长。2017年10月，不再担任中央农村工作领导小组副组长职务。