解放战争时期，任冀察热辽军区参谋长，指挥了争夺古北口战斗。1946年1月奉命参加北平军调部工作，任执行处副处长。在停战谈判中，坚持原则，针锋相对，得到叶剑英同志的高度赞扬。

1946年12月调赴东北。1947年初西满军区成立，任参谋长，协助司令员黄克诚、政治委员李富春工作。继而参加“三下江南，四保临江”战役和东北民主联军发起的夏季、秋季攻势作战。1948年4月任东北军区后勤部参谋长兼西线后勤司令员、政治委员，在负责中长路以西部队的后勤保障中，他依靠地方政府筹集物资、合理组织储运，为我军“取之于敌的传统后勤保障，转向依赖于组织良好的后勤”打下坚实的基础，为东北战场后勤工作适应大兵团、正规化、攻坚战的作战，积极组织后勤部门为部队筹集大批量作战物资，克服重重困难，按时运往前线，保障辽沈战役和东北解放战争的胜利，以及1948年组织入关部队、平津战役的后勤保障工作建立了不可磨灭的功绩。天津解放后，任第四野战军后勤部第二部长，负责驻天津部队的安置工作。1949年初又率四野后勤部第4分部南下，进行筹措打衡阳和进军广西作战的物资准备工作，参加了湖南省委的支前委员会的领导，有力地保证了部队进军中南作战的胜利。

中华人民共和国成立后，任第四野战军司令部副参谋长。1950年朝鲜战争爆发时，调任东北军区后勤部部长，负责筹措抗美援朝物资。积极调整了后勤组织和运输线的兵站，使作战物资沿兵站以梯次储备，有力地保障了志愿军作战的后方勤务工作。1951年10月荣获朝鲜民主主义人民共和国自由独立一级勋章。1952年9月任中国人民解放军后勤学院院长，筹备和创建我军第一所培养后勤专业干部的学府，并提出院校“以教学为中心”的办学思想，为我军后勤建设的现代化培养了一大批骨干和专门人才。

1955年7月我国成立石油工业部，他任部长。在石油部工作期间，坚决落实毛主席亲自面授的用“革命加拚命”的精神抓石油工业的指示，在组建部机关的同时，带领干部、专家、工程技术人员奔赴大西北，风餐露宿，艰苦奋斗，创建了克拉玛依油田，并先后筹备、组建了松辽石油勘探局、华东石油勘探局和华北石油勘探处等，全面加强石油勘探和生产建设工作，为中国石油工业在更大规模上展开奠定了良好的工作基础。

1958年2月任总后勤部政治委员，参与制定军队现代化、正规化建设的方针和后勤建设蓝图。1966年4月任高等军事学院院长。在军事教育战线上，他大力强调建设科学化、专业化的发展思路。1977年12月任复建的后勤学院政治委员。1981年7月任中共中央军事委员会顾问。

李聚奎1958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。1988年7月被授予中国人民解放军一级红星功勋荣誉章。李聚奎同志是党的第七次、第十二次、第十三次全国代表大会代表，中央军委委员，第二届、第三届国防委员会委员，第四届、第五届全国人民代表大会代表和常务委员会委员。