1949年9月，第一野戰軍先后解放了陜西、甘肅、寧夏和青海等地，兵鋒直逼新疆。為了讓新疆人民少受戰亂之苦，毛主席約見了張治中將軍，希望他能給新疆軍政負責人去電，敦促他們起義，以便新疆和平解放。張治中將軍是我們的老朋友，在國軍將領中很有威望。他接受毛主席的囑托后，很快給時任新疆警備司令的陶峙岳去電，勸他走和平解放的道路。

陶峙岳也有和平起義的愿望，但真要操作起來困難很多。他雖然是新疆警備司令，但并沒有自己的嫡系部隊。當時新疆的國軍主要有三部分，分別是趙錫光的整編第42師、葉成的整編第78師和馬呈祥的整編騎兵第一師。其中整編第42師和第78師都是胡宗南的部隊，騎兵第一師則是馬家軍的力量。

在沒有嫡系部隊的情況下，陶峙岳通過做工作爭取到了整編第42師師長趙錫光的支持，時任新疆省政府主席的包爾汗也主張走和平起義的道路。有了這二人的支持之后，陶峙岳通過分化瓦解的辦法將堅決主戰的葉成和馬呈祥等人孤立并把他們禮送出境，掃除了和平起義的最大障礙。1949年9月末，陶峙岳和包爾汗通電和平起義，新疆由此和平解放。

1949年11月，王震率領一野第一兵團到達迪化，擔任新疆分局第一書記兼新疆軍區第一副司令，當時新疆軍區的司令員和政委都由彭德懷兼任。由于他的工作十分繁忙，因此新疆軍區的工作實際上是王震在主持。王震上任后面臨的首要任務就是剿匪，當時新疆雖然已經和平解放，但許多地方仍有土匪子在橫行，牧民們的生產和生活受到了嚴重影響。

土匪們除了搶掠牧民和客商之外，還對解放軍的宣傳隊和工作隊下了手，第6軍16師副師長羅少偉也慘遭匪徒們殺害。不把這些土匪們消滅，其他工作都無從談起。王震迅速抽調精兵強將開展了剿匪工作，經過一段時間的艱苦努力，終于將包括烏斯曼在內的一大批悍匪剿滅，新疆人民從此免受匪患之苦。

剿匪工作結束后，王震開始把重心轉移到了新疆的建設和發展上。當時已是隆冬季節，新疆的氣溫很低，風吹在臉上像刀割一樣疼。有錢的人家可以靠牛糞取暖，貧苦的百姓沒有錢買牛糞，只能用紙把窗戶糊起來。遇到大風天氣，這些紙很快就被刮破了，根本就起不到御寒的作用。

在西北野戰軍征戰的時候，冬天一般是用煤和木炭來取暖的，那么新疆有沒有煤呢？王震很快給時任國家地質工作計劃指導員會主任的李四光打了一個電話，李四光對他說，新疆不僅有煤，而且儲量還很大。王震聽后十分高興，當時他身邊并沒有這方面的人才，于是就讓李四光給自己推薦一個找礦專家。

李四光很痛快地就答應了，說自己正好有一個得意門生在新疆工作，名叫王恒升。之后王震立刻派人去請王恒升，結果找了好多個部門都沒有找到人。后來有人建議他去監獄里看一看，王震一聽就火了，認為這是亂彈琴，王恒升這么大一個專家，怎么可能會在監獄里呢？

又找了一段時間后，還沒有找到人，王震抱著試試看的態度，讓人去監獄里看一看。結果還真就在監獄里找到了王恒升。新疆解放前，王恒升在這里擔任地質所所長，期間他曾以個人名義給幾個駐在迪化的外國領事送過珍貴的古生物化石。后來這件事情被人告發，他因此被抓進了監獄，并被判處死刑。

王震得知后，立刻派人把王恒升接到家中請他吃飯，期間談到了在新疆找礦挖煤的問題，并全權委托他來辦理。王恒升見王震對自己如此重視，深受感動，之后他多次到野外勘察，并反復比對，最終選定了六道灣，決定在這里建設一個大型露天煤礦。1951年夏季，六道灣露天煤礦破土動工，王震得知消息后很高興，還親自來到了工地上對大家表示祝賀。

但不久后工程就停了下來，原來一些人得知王恒升剛從監獄里出來，就認為他是一個有問題的人，因此不愿意聽他指揮，還有一些人發牢騷，說怪話。這樣一來，王恒升的工作就沒法開展了。王震得知此事后十分生氣，把那些帶頭不聽指揮的人叫來過狠狠批評了一頓，并當眾宣布任命王恒升為六道灣露天煤礦工程總指揮，自己為副指揮，給他當助手。

王震都心甘情愿聽王恒升指揮，其他人誰也不敢說二話了。在眾人的共同努力下，六道灣露天煤礦很快建成投產，年產原煤90萬噸，當地老百姓也因此過上了有史以來第一個溫暖的冬天。之后王震又帶人在新疆墾荒種田，修路架橋，開辦學校，為當地的建設和發展作出了極為重要的貢獻。

1954年春季，王震出任鐵道兵司令員兼政委，離開了他奮斗多年的新疆。王震對新疆有特殊的感情，早已把這里當成了自己的第二故鄉，之后他先后14次回到新疆視察工作，為當地的建設傾注了大量心血。1981年5月中旬，王震作為中央巡視團團長來到新疆視察，當得知新疆大化肥工程因資金困難被列入停緩建項目后十分著急，親自來到現場查看。

在施工現場，他看到花費重金從國外購進的成套設備露天堆放，2000多名從外地調來的專業施工人員無所事事，心里十分難受，用手杖敲著地面說：“我要罵人了！我也知道，罵人不文明。這樣停緩建，長此以往，兩個多億的設備就會變成一堆堆廢鐵！幾千名施工人員還得發工資。不一鼓作氣建成，損失太大！”

之后他多方奔走，協調各方面的關系，并親自向國務院有關領導匯報，新疆大化肥工程項目這才得以重新啟動，并在1986年建成投產。1991年8月，王震最后一次來新疆視察，在和當地負責人談話期間，他動情地說道：“十年前我就已經說過，現在我重申，如果去見馬克思，我已委托戰友和親屬將我的骨灰撒在天山上，永遠和各族人民共同守衛祖國的西北邊疆。”兩年后，王震將軍不幸病逝，家人遵照他生前的遺愿，將他的骨灰撒在了天山山脈。