新中國成立後，賀炳炎任西南軍區副司令員兼四川省軍區司令員。
1955年4月14日，以四川軍區爲基礎，成立成都軍區，賀炳炎任司令員，李井泉任政治委員，李文清、何正文任副司令員，閻紅彥、郭林祥任副政治委員。賀炳炎成了成都軍區首任司令員。同年9月，賀炳炎被授予上將軍銜。
在和平時期雖無仗可打，但在戰爭年代落下的病根，糾纏着賀炳炎。支氣管哮喘、關節炎、腎臟病和高血壓，每一種病都在折磨着賀炳炎的意志。賀炳炎以革命樂觀主義精神，與病魔展開了5年多的搏擊，直到1960年4月，他參加全國政協和**會議，病情加重，中途退出會場進了醫院。6月26日，賀炳炎的高血壓及動脈粥樣硬化，突發了主動脈夾層脈瘤，昏迷了三天三夜後，6月30日，他竟然奇蹟般地醒了過來，第一句話是要聽軍區後勤部長彙報基層後勤工作。聽完彙報，他還作了搞好基層後勤工作的指示。沒有想到，當晚，他的病情再度惡化，於次日，即7月1日去世。享年47歲。
賀炳炎去世的消息報告到賀龍元帥那兒，賀龍特別傷心。
說到賀龍，不得不再補充一下他倆的關係。從紅軍開始，賀龍和賀炳炎兩人的光點十分相似！於是，在解放軍隊伍中就有賀龍和“賀小龍”之名號。“賀小龍”指的就是賀炳炎。這一點，賀龍和賀炳炎自己也認同。人們每次提及“賀小龍”這個名號時，賀炳炎總是謙虛地說：“謝謝大家送我的綽號。和總指揮比我不敢，學總指揮爲中國人民解放事業奮鬥一輩子，卻是我的座右銘。”由此，可見賀龍和賀炳炎兩人的關係。
7月5日，成都軍區在蓉城爲賀炳炎舉行遺體告別儀式。人們怕賀龍太傷心出意外，沒讓賀龍去。因此，賀龍特派王震代表他去參加追悼會，並致悼詞。