1949年,兰州战役结束后,西北军区搬迁至兰州,彭德怀担任司令员,张宗逊成为副司令员。到了1952年,西北军区领导班子发生了一些调整。由于彭德怀因抗美援朝战役一直在前线,他虽名义上挂职西北军区司令,但实际精力已大多投入到战场上。张宗逊则被调任第四副总参谋长,负责军区日常工作。
为了充实西北军区的领导层,彭绍辉被调任军区参谋长,廖汉生成为政治部主任。虽然廖汉生是政工将领,并且长期担任政委,但由于他一直在指挥部队作战,缺乏具体的政治工作经验,因此决定让冼恒汉担任政治部副主任。冼恒汉曾在解放战争期间担任1纵政治部主任,与廖汉生配合默契,他的提议得到了彭德怀的批准。
1954年,廖汉生前往南京军事学院进修,政治部主任一职由冼恒汉接管,他开始负责西北军区的具体政治工作。那时,西北军区的兵力较为精简,早在1950年,军区内的多个军已经合并或缩编。原本的1军和3军合并为第1军,其他部队也大幅精简,空军、炮兵、装甲兵等军种成立,部分部队转为地方性建设兵团。虽然西北部队数量较少,但面对广阔的疆域,可能也考虑到与苏联的战略合作。
1955年,西北军区撤销,拆分为新疆军区和兰州军区。由于原西北军区人手不足,许多干部被破格提拔,没有从外地调来将领。兰州军区的司令员由张达志担任,政委为冼恒汉,而新疆军区的司令员和政委由王恩茂兼任。
冼恒汉、张达志等中将和上将们一样,成为了大军区的正职。对于冼恒汉这样的政工干部,虽然在军中有很高的声誉,但相较于其他有名的将领,他显得较为低调。在兰州军区,冼恒汉担任政委的时间最长,整整22年(1955年至1977年)。期间,他还兼任了省委第一书记和省革委会主任,掌握了地方党政军的大权。
然而,在1973年,冼恒汉与韩先楚的关系变得紧张。由于工作意见上的分歧,两人的矛盾公开化,甚至一度需要上级介入调解。1977年,因兰州铁路局的问题,冼恒汉被罢官免职,随后他在北京待命了五年。到1982年,有人开始评估他的历史表现,要求他退出现役,最终冼恒汉按军级待遇离休,但其身上的“帽子”始终未被摘除。