1950年10月，任中国人民解放军防空军司令员，曾亲自到东北地区和朝鲜战场进行实地勘察，参与指挥朝鲜战争防空作战。1953年4月任解放军训练总监部副部长，1955年5月，兼军外训练部部长，9月被授予上将军衔，荣获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。1959年，周士第离职休养。1960年大手术切除了一叶肺。1962年9月，被选举为中国共产党中央监察委员会委员。文化大革命时期未遭迫害，1978年2月，任解放军总参谋部顾问。1979年6月30日在北京逝世。