1981年（昭和56年）2月、就任したばかりのロナルド・レーガン大統領の高官としてリチャード・アーミテージ国防次官補代理が来日した。当時防衛庁に出向していた岡崎久彦国際問題担当参事官、外務省の丹波実安安全保障課長、自民党の椎名素夫政調副会長、ジェームズ・アワーの友人である木村英雄らと会同した。この席上において木村は海上自衛隊とアメリカ海軍の役割分担、すなわち日本が掃海と対潜水艦戦を担い、アメリカは空母戦闘群（現・空母打撃群）を主体として攻撃能力を提供しあう体制を整えることにより、ソビエト連邦軍の脅威に対抗しようという案を伝えた。これは内田以来の歴代海上幕僚長達が論理的に導き出した構想であった。ただし、以前から京都大学高坂正堯教授は、領海を警備するだけならば海上保安庁に任せ海上自衛隊は不要ではないか、海上自衛隊は何を目指しているのか解らないと述べており、海上自衛隊の日米安保への積極的役割を期待する考えも民間にはあった。戦後日本における海上自衛隊の役割を突き詰めた結果がこのような日米役割分担論である。木村はこれを内田ドクトリンと呼んだ。
岡山県出身。旧制津山中学を経て海軍兵学校に入校。1936年（昭和11年）3月、海軍兵学校を卒業。海軍少尉候補生として遠洋航海に参加し、アメリカ合衆国各地を巡った。1937年（昭和12年）8月、軽巡洋艦「川内」乗組みだった海軍少尉時代に第二次上海事変を迎える。同艦の乗員で急遽編成された臨時の陸戦隊小隊長として参加し、1ヶ月間に及ぶ戦闘に従事した。その際、中華民国陸軍の師団本部を殲滅し師団長を戦死させた。この功績により金鵄勲章を授与される。太平洋戦争では戦艦「大和」乗組みとなり、ミッドウェー海戦に参加。砲術関係に進むも海戦で1発の砲弾を撃つこともなく横須賀の海軍砲術学校で終戦を迎えた。戦後は復員業務に従事したのち、岡山の実家に戻り農業を営むが、自分には向かないと考え、新制中学校の英語教師に応募した。しかし、採用が決まった1週間目に新しく発足した海上自衛隊の前身である海上警備隊の採用試験を受けないかと海軍時代の先輩の誘われた。考えた末、再び海の上で生活したいと思い、せっかく採用された教師の職を捨て入隊した。しかし、再び海に出たくて入隊した海上警備隊での配置は砲術の教官であった。その後は戦後初の国産潜水艦建造計画に関わり、また、戦後初の国産護衛艦の建造にも参画した。1962年（昭和37年）4月からアメリカ合衆国海軍大学校に留学した。帰国後は第3護衛隊群司令、海上幕僚監部防衛部長、護衛艦隊司令官等の要職を歴任し、第8代海上幕僚長に就任。海幕長在任中は、第4次防衛力整備計画の策定において海上自衛隊が要望する水上装備の整備が認められず、当時の防衛庁長官中曽根康弘を相手に最後まで必要性を説得し、次期防衛力整備計画から正式に取り上げられた。海上自衛隊を退官後は、防衛研修所戦史部調査員として勤務し、戦史の編纂・研究に従事。公刊戦史「大本営海軍部　大東亜戦争開戦経緯」を執筆した。
2002年に米国のオークリッジ国立研究所が概念を提案した、溶融塩炉の燃料を液体燃料から高温ガス炉と同様の粒状の固体燃料に変え高温下での利用を考えた新型高温原子炉 （AHTR） という計画があるが、これは溶融塩利用の超高温原子炉に分類することができる。
核融合炉の冷却系においても溶融塩を使用する検討がなされている。高温まで扱える特性と溶融塩に含まれるリチウムに中性子を当てヘリウムとトリチウムに分裂する反応で核融合の燃料を生産する目的で研究が行われている。リチウム、ナトリウム、カリウムとフッ素の化合物（塩）を混合したFLiNaKも溶融塩の候補となっている。溶融塩超高温炉同様に腐食性の問題を抱えており低放射化フェライト鋼、バナジウム合金、SiC/SiC複合材料が耐食材料の候補に挙がっている。研究結果次第では溶融塩超高温炉へ応用が見込まれる。
2002年に勲二等旭日重光章受章。同年5月、落語立川流（家元：立川談志）Bコースに入門し、「立川流野末陳平」の高座名を持つ。2003年、大正大学を定年退職。2004年4月から2008年8月まで、TOKYO MXテレビの『談志・陳平の言いたい放だい』で談志と共演。談志の晩年には、盟友として親交を深める。談志死去が判明した翌日の2011年11月24日に放送された『高田文夫のラジオビバリー昼ズ』（ニッポン放送）に電話出演し、談志の死を惜しんだ。なお、野末にとってこの出演は『談志・陳平の言いたい放だい』最終回以来、久しぶりのメディア出演であった。2000年代後半以降は神奈川県鎌倉市の光明寺での「中国の名言語る」と題した講座や千代田区の「漢詩講座」、大正大学の開講講座なども不定期で担当した。2012年春をメドに滋賀県の琵琶湖畔にある老人ホームに隠居すると発言していたが、2013年以降は東京を中心に活動しており、元秘書で元民主党代表の海江田万里からも定期的に相談を受ける。2013年4月からニコニコチャンネル（ニコニコ動画）の「吉村作治チャンネル」で、『陳平・作治のこれだけは言わせて!』（ほぼ毎日動画追加）に出演している。2014年に行われた第19回東京都知事選挙では、かつて支持した舛添要一について、「陳さまは今回、マスゾエ派ではありませんが、この人の実像をよく知ってるから、支持する気にはなれなくて、政策などにも興味もってません」と評している。野末は個人的には「細川派」だったが、大雪とそれに伴う道路凍結の影響で棄権したという（結果は舛添の当選）。同年12月施行の第47回衆議院議員総選挙で海江田が落選すると、自身のブログで「まさかの結果となって頭が真っ白で、そのせいで血圧が上がってしまいました」「昨夜もよく眠れなかったし、もう食欲もなく、自分が落選したような衝撃です」との気持ちを明らかにした。2019年6月28日、会見で第25回参議院議員通常選挙に東京都選挙区から無所属で立候補する意向を表明。投開票の結果、落選。