抗日战争胜利后，国民党却想独揽胜利果实，国共内战危机日重。就在当月，李井泉担任晋绥野战军（司令员贺龙）政委，从贺龙的老部下成长为贺龙的好搭档。1946年春，李井泉正式就任中共中央晋绥分局书记（贺龙为常委）兼晋绥军区政委，与贺龙一起成为中共在晋绥地区的主要领导。
1949年10月初，毛泽东主持召开有贺龙、刘伯承、邓小平参加的会议，研究制订了解放大西南的作战计划。确定第18兵团由陕入川，配合刘、邓大军完成进军四川的任务。根据毛泽东的指示，贺龙与李井泉商量，从晋绥分局、晋绥军区机关抽出一些干部，组成调查小组，化装成商人、老百姓，潜入西南，调查了解当地的军事、政治、经济情况，为向那里进军作准备。
12月5日，贺龙、李井泉、周士第等向所属下达向西南进军的命令。第二天，李井泉与贺龙率领前线指挥所到达宝鸡与18兵团会合，踏上越秦岭、巴山、进军大西南的征程。部队在西安集结时，李井泉召集有关人员，作了接管成都的组织准备。
1949年12月27日，国民党残留在大陆的最后一支主力胡宗南部被全歼，中国人民解放军胜利结束成都战役，成都宣告解放。30日，时任西南军区副政委、川西北临时军政委员会副主任的李井泉，与西南军区司令员、川西北临时军政委员会主任贺龙以及第18兵团司令员周士第等，率领兵团机关与所辖第60军进驻成都。
1950年1月1日，中国人民解放军成都市军事管制委员会宣告成立，李井泉为主任，周士弟等为副主任。因为成都系和平解放，其接管工作较为顺利，国民党中央在川势力垮台后，成都当局派代表迎接人民解放军入城。3日，李井泉以军管会主任的名义发布公告，命令在成都的国民党部队、机关团体、工厂、银行、仓库及各种企事业单位，限5天内向军管会报告登记，由军管会指定有关部门接管，接管成都的工作正式开始。
尽快恢复工业生产，保障城市供给，是接管工作的重头戏。1月9日，李井泉主持召开全市各行业560多人参加的工人代表座谈会，他首先阐明了工人阶级的地位和任务，接着指出，当前最要紧的是恢复生产、繁荣经济，凡对国计民生有益的要立刻恢复，他号召翻身解放的成都工人阶级拿出主人公的态度，和农民合作，团结知识分子，联合资本家，共同积极恢复和发展生产，担负起建设新成都的重任。会上，李井泉接受工人代表的要求，当场批准解散原成都市总工会，建立了自己的工会组织。
为了配合清匪反霸斗争，发动和团结群众恢复生产，在极端困难的情况下，李井泉要求接管人员以身作则，对群众的合理要求，采取措施，认真解决。特别是春节前后，群众的基本口粮得到了保证，把广大群众的情绪稳住了，敌人捣乱破坏的阴谋就难以得逞。
部队入城后，李井泉认真抓了恢复社会秩序、稳定社会治安的工作。由于成都是全国最后解放的一个大城市，敌人仍不甘心灭亡，潜伏的反革命分子、特务勾结土匪、恶霸进行破坏活动。在城外，零散股匪大肆骚扰破坏，公开袭击解放军警备部队，东边打到牛市口，北边打到驷马桥。2月5日，国民党特务勾结土匪恶霸地主等反动势力组织的“川西人民反共救国军”，在成都东北龙潭寺、石板滩地区制造暴乱，杀害人民解放军178师政治部主任朱向离等35人，裹胁并驱散驻石板滩一部分起义部队。成都警备部队立即前往龙潭寺进行围剿，迅速制服的叛乱分子，控制了局势。据此，李井泉要求军管会人员外出联系工作时，都要配备手枪和手榴弹，提高警惕，以防受到敌人的攻击。12日，李井泉指示军管会颁布《为防匪特乘年关骚扰叛乱的规定》，要求各要害部门和单位组织武装自卫，配合警备公安部队镇压匪乱。指示军管会和接管单位，配合当地公安机关，了解特务动态，宣传政策，发动群众检举揭发。
成都和平解放后，旧政权留下的人员为数甚多。除旧的省、市机关人员外，还有国民党中央政府常驻成都的机关。为了妥善处理旧政府遗留人员，李井泉组织军管会人员制定了《关于旧人员的处理方案》，按照其本人表现和组织审查情况，有区别、有步骤地对这些人员进行处理。对一些年老多病不适应新政权工作，或者家庭富裕自愿请求回乡的，在问明情况后都准予回乡。有的人返乡后，家境不好，又返回来请求留任，李井泉指示军管会还是照顾他们接收下来。
由于李井泉认真贯彻中共西南局制定的大城市接管政策，得到了广大群众的支持，到3月底基本上顺利完成了成都接管任务，对旧政府机构和人员的处理，没有发生大的偏差，保持了社会的稳定。3月16日，李井泉在成都市第一届各界人民代表会议上，作成都接管工作报告时，宣布成都接管工作告一段落。
主政四川后，李井泉主持的第一个大型工程就是整治都江堰水利工程。1950年1月1日，在成都市军管会成立当天，李井泉就指示军管会，垫支3亿元人民币（旧币）抢修都江堰岁修工程。经军民共同奋战，于当年“清明”节前便修复了被洪水毁坏的工程。1958年3月，毛泽东在李井泉陪同下视察都江堰水利工程，他紧紧握住李井泉的手，连声称赞说：“你干得很好，为四川人民立了一大功。”“这工程了不起，李冰是秦孝文王时代，距今有二千二百多年。他是蜀郡太守，相当于现在的省长。”毛泽东还说：“水利是农业的命脉，要使农业生产得到迅速的发展，必须大搞农田水利基本建设。”据此，李井泉提出群众大搞水利和机电提灌相结合的方针，并主持重修都江堰，合理开发和利用水利资源，使农田灌溉面积不断扩大，粮食产量不断提高。
直到“文化大革命”被打倒，李井泉在四川战斗、工作长达16年以上。在他主政四川期间，宝成铁路的建成，成昆铁路的胜利通车，成都、重庆等一大批工业城市的崛起，加快了四川经济飞速发展，改变了贫困落后的面貌。无论别人如何评价，李井泉自己说过：“四川是我的第二故乡，我把自己的后半生献给了四川大地！”