新中国成立后，贺炳炎任西南军区副司令员兼四川省军区司令员。
1955年4月14日，以四川军区为基础，成立成都军区，贺炳炎任司令员，李井泉任政治委员，李文清、何正文任副司令员，阎红彦、郭林祥任副政治委员。贺炳炎成了成都军区首任司令员。同年9月，贺炳炎被授予上将军衔。
在和平时期虽无仗可打，但在战争年代落下的病根，纠缠着贺炳炎。支气管哮喘、关节炎、肾脏病和高血压，每一种病都在折磨着贺炳炎的意志。贺炳炎以革命乐观主义精神，与病魔展开了5年多的搏击，直到1960年4月，他参加全国政协和人大会议，病情加重，中途退出会场进了医院。6月26日，贺炳炎的高血压及动脉粥样硬化，突发了主动脉夹层脉瘤，昏迷了三天三夜后，6月30日，他竟然奇迹般地醒了过来，第一句话是要听军区后勤部长汇报基层后勤工作。听完汇报，他还作了搞好基层后勤工作的指示。没有想到，当晚，他的病情再度恶化，于次日，即7月1日去世。享年47岁。
贺炳炎去世的消息报告到贺龙元帅那儿，贺龙特别伤心。
说到贺龙，不得不再补充一下他俩的关系。从红军开始，贺龙和贺炳炎两人的光点十分相似！于是，在解放军队伍中就有贺龙和“贺小龙”之名号。“贺小龙”指的就是贺炳炎。这一点，贺龙和贺炳炎自己也认同。人们每次提及“贺小龙”这个名号时，贺炳炎总是谦虚地说：“谢谢大家送我的绰号。和总指挥比我不敢，学总指挥为中国人民解放事业奋斗一辈子，却是我的座右铭。”由此，可见贺龙和贺炳炎两人的关系。
7月5日，成都军区在蓉城为贺炳炎举行遗体告别仪式。人们怕贺龙太伤心出意外，没让贺龙去。因此，贺龙特派王震代表他去参加追悼会，并致悼词。
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