万公斤粮食和20吨主、副食品，筹集帆船2000多只，为渡海作战创造了条件。海南岛解放后，周纯全改任后勤部政委。
1950年冬，中央军委任命周纯全为东北军区后勤部部长兼中国人民志愿军前线后勤指挥部指挥员，参加抗美援朝。1951年1月5日，他与彭德怀、洪学智联名向中央军委提出了关于改善志愿军后勤组织机构和部队供应的建议。1月22日至30日，周纯全在沈阳参加了志愿军第一届后勤会议。会议由东北军区副政委李富春主持，军委副主席周恩来率代总参谋长聂荣臻、总后勤部部长杨立三、空军司令员刘亚楼、炮兵司令员陈锡联、运输司令部司令员吕正操等，专程从北京赶来参加会议。东北军区后勤部和志愿军各军后勤部及各后勤分部与东北人民政府的有关负责人也参加了会议。会议要解决的中心议题是：如何建设巩固的运输线，搞好前线的供应。周恩来、聂荣臻、李富春等领导都作了重要讲话；周纯全在会上作了发言，就如何加强组织领导和后勤力量、千方百计搞好后勤供应工作提出了建议，得到了与会人员的肯定。会后，他把原来十几个人的前方指挥所扩编为80多人的指挥部，自己亲任总指挥。5月，被任命为新组建的中国人民志愿军后勤部部长。周纯全从丹东过鸭绿江，沿途他看到堆积如山的各种物资，人来车往的补给站，激动不已，仿佛自己又置身于辽沈战役的补给线上。志愿军司令员兼政委彭德怀的指挥部设在一个矿洞里。当周纯全出现在他面前时，彭老总的眼睛突然一亮，脱口而出：“噢，你不要走了，留下来参加抗美援朝，管管后勤!” 周纯全没一点思想准备：“这……” “怎么，有啥想法?”“那得等我回去交代完工作才能来呵!”“不!”彭老总挥挥手：“你现在就开始上任，其他事你不要管了，由我向中央军委去说。”说到这里，彭老总一笑：“你不要感到我强迫了你!其实我们都是被战争强迫的，我，还有洪学智副司令员都是这样!”
由于出国作战和作战对象的变化，后勤供应由国内战争中就地取给和取之于敌，转变为主要依靠国家后方统筹供应，后勤供应和运输任务空前繁忙。敌人以百分之七十的空中力量，对志愿军的交通运输线进行破坏，妄图切断我后方供应。为了粉碎美军的“空中优势 ”，建设“打不烂、炸不断的钢铁运输线”，周纯全亲自抓起了兵站运输线的建设，并对战时后勤运输实行了许多改进措施，对保证各次战役的胜利起到了重要作用。1951年3月，周纯全到后勤一分部、三分部检查工作，看到指战员们在公路沿线设立对空监视哨，敌机一过来就对空鸣枪报警，行使在公路上的汽车听见后马上隐蔽起来。敌机飞走后，他们又鸣枪解除警报。这种办法被战士们亲切地称为“土雷达”。周纯全高兴地说：“这是个好办法，是个创举。”周纯全与干部战士进行研究，加以改进，全面推广，最后确定：每个防空哨位由三到五人组成；哨位与哨位之间相距四里左右，以能听到报警声音为宜重要地段增加人员。这样，从鸭绿江到三八线，近3000公里的运输线上，共设置防空哨1500多个，用兵近万人。
周纯全头脑清楚，记忆力很强，入朝作战初期，各种战场资料非常缺乏，他凭着长期军事生涯的经验，很快就掌握了和后勤作战有关的政治、经济、地理等多方面的情况和资料，打开了后勤工作的局面。到1952年6月，美军发动的为期一年的“绞杀战”被志愿军彻底粉碎。美国远东空军在对其“绞杀战”所作的最后分析报告中，不得不承认：“由于共军后勤系统的灵活性……绞杀作战未获成效。”美第八集团军总司令范佛里特惊叹：“虽然联军的空军和海军尽了一切力量，企图阻断共产党的供应，然而共产党仍然以令人难以置信的顽强毅力，把物资运到前线，创造了惊人的奇迹。”1953年7月朝鲜战争停战协定签字。周纯全在后勤保障中的巨大贡献获得了朝鲜民主主义人民共和国授予的一级自由独立勋章。
1953年10月，周纯全被中央军委任命为中国人民解放军总后勤部第一副部长兼副政委（部长兼政委为黄克诚）。1955年被授予上将军衔，荣获一级八一勋章、一级独立自由勋章、一级解放勋章。 此后，周纯全先后担任中国人民解放军总后勤部第一副部长兼政委。周纯全还被选为第一、第二、第三届全国人民代表大会常务委员会委员，第五届全国政协常务委员会委员，是第一、二、三届国防委员会委员。在党的”八大“二次会议上，他当选为中央监察委员会委员，之后，他一直是中央军委监察委员会委员。
1985年7月28日，周纯全蒋军逝世，终年80岁。