1952年，四川省人民政府正式成立，李井泉擔任了第一任四川省委書記以及四川省人民政府主席，成為四川的「一把手」。建國初期，在李井泉的帶領下，四川的糧食連年豐收，為了儲存糧食，李井泉還下令建設了很多糧倉，不過，三年自然災害時期，這些糧倉的存糧都被緊急調往全國的其他地方，四川也為全國穩定做出了巨大的犧牲。
李井泉一共擔任了十三年時間的四川省委書記，從1952年到1965年，可以說經歷了建國初期四川的所有運動，尤其是1958年開始的「大躍進」運動以及1959年開始的三年自然災害時期，李井泉全程經歷了這些重要的歷史事件。
三年自然災害時期，李井泉建設的糧倉發揮了重要的作用，從1958年到1961年，這四年時間裡，四川不斷向外省調糧。事後統計，1958年，四川調出糧食39.6億斤，後續的三年自然災害時期一共調出了147億斤糧食，大力支援了外省的糧食緊張情況，穩定了社會形勢。
然而，隨著持續調糧，四川的情況不容樂觀，尤其是1960年至1961年。全國一盤棋，局部要服從整體，當時主持北京工作的彭真也曾多次給李井泉打電話，用祈求的語氣讓李井泉調糧。李井泉知道四川的情況不容樂觀，忍不住對彭真發牢騷，說：「你那裡是國務院，我這裡還是小國務院呢」。
也是因為李井泉這句話，使得他在後續的十年特殊時期受到了無情的批鬥與摧殘。1966年，十年特殊時期開始，當時李井泉正在指揮三線建設，四川造反派劉結挺與張西挺等人發動造反人員，批鬥李井泉，說李井泉有野心，成立「小國務院」，是想當「土皇帝」，想搞「獨立王國」。
因為李井泉的原因，他的妻子也受到批鬥。李井泉的妻子名叫肖里，出生於大戶人家，建國後曾擔任四川省輕工業廳副廳長等職務，十年特殊時期開始後，肖里受到了衝擊，不過，當時造反派還是主要批鬥李井泉，肖里雖然被批鬥，但情況並不嚴重。後來是江青稱呼肖里為「地主婆」，並指示造反派把她關押起來，導致肖里被迫害致死。
當時李井泉還擔任了三線建設委員會主任，在他被批鬥期間，鐵道兵副司令員郭維城看不下去，偷偷把李井泉藏了起來，後來在周總理的指示下，李井泉被送到上海，休養了一段時間，此後前往北京賦閑。
十年特殊時期不僅使得李井泉本人受到衝擊，而且也對他的家人造成了巨大的傷害，那段時期，李井泉失去了兩位家人，除了他的妻子被迫害致死外，他的一個兒子也被人打死。李井泉被打死的兒子是他的二兒子，名叫李明清，十年特殊時期，李明清在北京被北京航空學院的造反派毒打致死。
作為父親，失去兒子自然是痛苦的，1973年，「十大」召開之前，一大批老革命幹部得到解放，重新復出工作，這其中也包括李井泉。復出之後，周總理對李井泉的兒子被打死十分內疚，曾專門找到李井泉，表示可以徹查這起案件。
李井泉聽後格外悲傷，不過，他卻強忍悲痛說：「不要再追究了，如果追究，還要死人」。包括李井泉的妻子被迫害致死這件事，他也表示不再追究。晚年的李井泉還擔任了全國人大常委會副委員長等職務，是新中國的副國級幹部，於1989年因病去世，享年80歲。
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