1952年9月26日，刘震奉命调回国，出任东北军区空军司令员，华东军区空军司令员聂凤智接任志愿军空军司令员。

　　1954年3月，刘震调任空军副司令员兼东北军区空军司令员。同年10月，刘震进入军事学院战役系学习。1955年9月的首次授衔中，刘震被授予上将军衔，并荣获一级八一勋章、一级独立自由勋章和一级解放勋章。授予上将军衔时，刘震年仅40岁，比他小的上将也只有萧华(39岁)。

　　1957年10月，刘震奉命组建空军学院。1958年9月12日，中央军委正式发布命令，组建空军学院，刘震任空军副司令员兼空军学院院长和政治委员。

　　但在1959年的庐山会议后，中央军委于8、9月间在北京召开军委扩大会议，继续对彭德怀、黄克诚等人的"反党罪行"和"资产阶级军事路线"问题进行揭发批判。为了贯彻"反右倾斗争"，空军在西安召开了空军党委扩大会议。空军政治委员吴法宪等人为了整倒刘震，挖空心思攻击刘震。他们根据刘震新四军时期曾在黄克诚领导下长期工作的情况，编造刘震与黄克诚"关系不正常"的谎言，把刘震往彭德怀、黄克诚等所谓的"反党集团"问题上拉。吴法宪等人还对刘震主持的空军学院的工作无中生有地横加指责，把学术问题同政治问题混淆到一起，诬陷"空军学院擅自制定空军战役战术原则并在教学中实际运用"，"教材中不以毛泽东思想为指针，反而贯彻彭、黄打烂仗的思想"，是"严重的政治方向和组织

　　原则上的错误"，完全是欲加之罪，何患无辞。吴法宪等人发起的这场斗争，矛头直接指向刘震。

　　刘震在空军学院工作了近十年，一直到1966年"文化大革命"爆发为止，为空军培养了大量德才兼备的人才。

　　刘震还做过"红娘"，替毛主席的儿媳刘思齐"物色"了一位对象。毛岸英牺牲后，刘思齐一个人生活了六、七年。刘震听说毛主席很疼爱这个干女儿，讲过她还年轻，应当再找一个终身伴侣。刘震根据毛主席这个心意，和夫人李玲商量后，细心地在空军干部中为刘思齐物色一个对象。经过多方了解和衡量，刘震将空军学院一个飞行干部杨茂之的履历送给毛主席审阅，打算介绍给刘思齐作朋友。毛主席看过后，觉得不错，想介绍给刘思齐作朋友，就让人将杨茂之的履历送给刘思齐的母亲张文秋看，张文秋也表示同意。第二天，刘震派夫人李玲来看张文秋，征询意见。第三天，李玲带着杨茂之来张文秋家。张文秋看过后很满意，刘思齐对他印象也不错。经过一段时间的交往，1962年2月10日，刘思齐和杨茂之举行了婚礼，刘震夫妇作为介绍人参加了婚礼。

　　"文革"期间受到吴法宪等人的残酷迫害，恢复工作后先后在沈阳军区、新疆军区和军事科学院工作。

　　"文化大革命"开始前后，吴法宪在林彪的支持下，对空军一大批老同志进行大肆迫害。刘震刚直不阿，原则性强，对吴法宪的错误行径进行了坚决的斗争，因而成为吴法宪的眼中钉，必欲除之而后快。一天，吴法宪突然对北京军区空军副司令员李中权说：我想让你当某司令，但他们(指刘震等人)不同意。李中权也是一位久经沙场的老将军，对此非常警惕，心想：我党历来是党管干部，高级干部的任职应由党委讨论并报中央军委批准，作为空军司令员和党委书记的吴法宪怎能对一个拟任职的干部这样说话呢?显然是在搞派性，拉拢我入他们一伙，整倒刘震等人。李中权当即向吴法宪表示："我的工作由组织决定，听党的安排，你这样说不合适。"吴法宪就暗地整李中权的黑材料，企图把他和刘震一起打倒。

　　果然，在1966年6月空军党委第三届十一次全会上，吴法宪在林彪的支持下，假意让大家"畅所欲言"。结果会议开到一半时风向突转，由大家对空军党委提意见变为批判刘震等人的"错误"言论。吴法宪等人把刘震等人在党的会议上反映问题、陈述正常意见的正当权利诬陷为以刘震为首的所谓罢官夺权的错误行为。吴法宪诬陷刘震"反毛泽东思想"，是"彭、黄反党集团成员"，"在空军搞罢官夺权"。8月20日，吴法宪等人以空军党委的名义上报军委。经林彪批准，9月12日，刘震被停职反省。包括李中权在内的一大批老同志也遭到迫害，被剥夺了为党工作的权利，遣送外地强行"改造"。1967年1月13日，江青根据林彪的授意，召集空军直属机关和空军院校万人大会，批斗刘震。9月21日，吴法宪把持的空军党委常委又设立专案组，对刘震进行审讯。"文革"期间，批斗成了刘震的家常便饭。批斗后回到家时，常常是鼻青脸肿，浑身泥巴。在一次批斗中，刘震的两根肋骨被打断，造成了终身的残疾，此后一直不能系腰带。10月，刘震被送到河北嵩城航校监督劳动。1971年的"九·一三事件"后，随着林彪反革命集团的覆灭，在毛主席的关怀和周总理的亲自过问下，刘震等一大批老同志才恢复了自由，得以重新为党工作。

　　1973年5月，刘震恢复工作，任沈阳军区副司令员。由于受到江青等人的干预，作为主管训练的副司令员，刘震却不能参加军区的常委会议。但刘震不计得失，一如既往地工作着，专心干好自己分管的工作。在沈阳军区任副司令员的四年中，刘震深入调查研究，对全军区的部队训练工作，特别是干部训练和部队夜间训练等问题，提出一系列建议，收到较好的效果。

　　1977年7月，刘震出任新疆军区司令员并兼任新疆自治区党委第三书记(后改任第二书记)。8月，刘震出席了党的第十一次全国代表大会，并当选为中央委员。后又担任中央军委委员。刘震到新疆工作时，当时正是揭批林彪、"四人帮"之初，当时新疆军区派性很大，情况复杂，揭批林彪、"四人帮"的阻力也很大。军内外许多同志都对刘震来新疆抱着很大的希望，刘震也深知自己肩负的使命重大，一到任后就立刻旗帜鲜明同军区和自治区党委两个班子全力地投入到揭批林彪、"四人帮"的斗争中去。为了顺利地开展揭批查的工作，刘震几乎天天工作到深夜，做了大量艰难而细致的工作。经过半年多的努力，军区机关和自治区机关揭批查的工作顺利而健康地开展起来，取得了显著的成效，干部中的派性基本消除，出现了团结一致向前看的良好局面。但刘震对军区机关工作要求很严格，若是军区机关的主要领导干部工作上有了问题，他就不客气，不留面子，严肃批评。这样就不免得罪了一些人，有些人甚至记恨于他。当后来刘震因故突然调离新疆军区时，有些人就向他发难，甚至落井下石。中央军委领导及时发现并制止了某些人的言行，郑重宣布刘震同志是正常调动。

　　1980年1月，刘震调任军事科学院副院长，分管学术研究工作。1985年底离休。

　　1992年8月20日，刘震在北京病逝，享年78岁。