自1955年上海警备区成立以来，周纯麟成为了该区历史上第一位兼任大军区副司令的将领。此举是在一个特殊的时期做出的决定，目的明确：上级希望他能有效地稳住局势。为此，周纯麟被调任南京军区副司令，同时兼任上海警备区司令。这一安排与前几任司令员有所不同，显示了上级对他能力的高度信任。

历任上海警备区的司令员包括王必成、饶子健和廖政国。与其他省军区一样，上海警备区是一个正军级单位，负责驻扎和管理上海的军事事务。周纯麟在调任上海之前，已经在南京军区担任了长达十几年的炮兵司令，积累了丰富的经验。

1950年，周纯麟被任命为华东特种兵炮兵副司令，1952年升任华东军区炮兵司令。1955年，随着华东军区的撤销，周纯麟被调任为南京军区的炮兵司令，这一职位他一直担任到1970年。那一年，周纯麟被任命为南京军区副司令，同时兼任上海警备区司令。作为炮兵司令，他整整工作了18年，这期间一直是正军职，稳固地掌握了军区的重要岗位。

1970年，南京军区司令员许世友找到了周纯麟，告诉他上级决定让他去上海担任警备区司令员。由于上海当时面临的复杂局势，许世友认为需要一位有能力的领导来镇压内外压力，确保上海的稳定。然而，周纯麟并不愿意离开南京。经过20年的工作，他与南京的各级干部建立了深厚的感情，工作也非常顺利。转任上海警备区，虽然同样属于军队系统，但涉及的工作性质却有很大不同，尤其是需要与地方政府打交道。而且，周纯麟得知上海警备区内部矛盾加剧，市革委会与军区之间的摩擦尤为严重，这让他对前往上海的决定更加犹豫不决。

经过深思熟虑，周纯麟还是表达了自己不愿赴上海的想法。许世友却反问他：“那你觉得谁适合？”当时上海警备区并非没有司令员，只是前任司令廖政国由于健康问题无法继续履职，且内部矛盾加剧，导致局势越来越复杂。因此，上级决定换人，以一位有强大能力和领导力的将领来解决这些问题。

正如周纯麟自己所说，他在南京军区与各级领导始终保持团结的关系，这种人脉与团队协作的经验正是上级所看重的。军区副政委周贯五也明确表示，上级需要一位身体健康，能够稳定局面并压住台面的人。而为方便工作，他被同时提拔为南京军区副司令。这种特殊的待遇是之前的司令员所没有的。

上海警备区的职责不仅仅涉及上海本地，还包括了空4军和海军基地的管理，这些单位的级别也都属于正军级。空4军司令王维国在那个特殊时期有着非常高的政治地位，与周纯麟的工作会有一定的协调难度。尽管他们隶属于不同的军种，但在支左工作中，三军的合作非常紧密，彼此间难免会产生一定的摩擦。

由于周纯麟兼任了南京军区副司令，他还成为了上海市的市委常委，分管军事事务。在某次会议上，他代表陆、海、空三军发言。会上，空4军的王维国提出了一些不同的意见，认为陆海空三军应该分别有代表发言。此时，周纯麟刚刚上任，面临的压力可想而知，会议一开始就出了一些“洋相”。

1971年9月，上级派遣南京军区副司令肖永银前往上海，针对空4军、空5军的负责人进行处理。肖永银需要周纯麟的配合，确保所有行动都保密，绝对不能出现任何意外。此事安排在锦江饭店，警备区的部队负责安全保障，一切都在掌控之中。

随着工作逐步深入，周纯麟与地方的马、徐、王三人发生了许多冲突和较量，但他始终顶住了来自各方的压力。然而，随着张、王等人在运动中的施压，他感到自己难以承受。身体上的压力逐渐显现，出现了心脏病和心绞痛等症状。甚至，他不得不向总政部主任李德生请求调离警备区。然而，由于特殊时期的种种原因，这一请求没有得到批准。尽管如此，周纯麟还是入院治疗，实际工作逐渐被架空。

在身体稍有恢复后，周纯麟重新投入工作，并坚持到1976年。当他得知“四人帮”被粉碎的消息时，心情异常激动，甚至连拄了两年多的拐杖也扔掉了。此后，上级对上海的马、徐、王三人也采取了相应的措施，局势逐步得到控制。

1978年，由于身体原因，周纯麟不再兼任上海警备区司令，改由何以祥接任，继续担任南京军区副司令兼上海警备区司令职务。