自1955年上海警备区成立以来，周纯麟成为首位兼任大军区副司令的司令员。这一任命发生在一个特殊的历史时期，上级为了确保他能够应对复杂的局面，特别安排他兼任南京军区副司令和上海警备区司令。这一决定与以往不同，突显了他在特殊时期的独特地位。

在周纯麟之前，上海警备区的历任司令包括王必成、饶子健和廖政国。与其他省级军区类似，上海警备区作为正军级单位，具有一定的军事管理权力。

在担任上海警备区司令之前，周纯麟已经在南京军区担任炮兵司令多年。他的军旅生涯从1950年起便与炮兵结下了不解之缘。1950年，他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。随着1955年华东军区的撤销，南京军区与济南军区相继成立，周纯麟继续担任南京军区的炮兵司令，一干便是十八年，期间始终保持正军职。

直到1970年，许世友提出调任他担任上海警备区司令，周纯麟对此并不热衷。毕竟，已经在南京工作了二十年，他与各级干部之间有着良好的合作关系，工作上也非常得心应手。而上海警备区虽然隶属于军队，却面临与地方政府的复杂关系，且内部存在较大矛盾，形势相当复杂。许司令在多次考虑后，依旧决定让周纯麟去上海，并询问他是否有合适的人选代替。

实际上，上海警备区的前任司令廖政国因健康原因和不断加剧的内部矛盾，已经无法继续履行职务。上级决定调任一位能够压得住局面的领导来接任，以便对局势进行有效整顿。周纯麟深知，自己在南京军区与各级领导关系融洽，因此成为了这一任务的最佳人选。军区副政委周贯五也明确指出，选拔的干部需要具备能干、身体好、且能够压得住局面的能力。为了便于工作，周纯麟还被特别提拔兼任南京军区副司令，这也是前几任司令员未曾获得的待遇。

上海警备区不仅是一个军区，还有空四军和海军基地驻扎，所有这些单位都是正军级机构。在那个特殊的时期，空四军的王维国备受瞩目，虽然他们隶属不同军种，但都参与了地方的支左工作。王维国虽然与周纯麟属于同一级别，但由于特殊时期的背景，二者之间的平级关系让很多事情处理起来变得更加复杂。

由于周纯麟兼任大军区副司令，他也当选为上海市常委和市委书记，负责分管军事事务。他在会上代表陆、海、空三军发言，然而在某次发言中，王维国提出了不同意见，要求陆海空各军种都有发言权，这使得周纯麟一上任就出现了不小的尴尬。

到了1971年9月，随着形势的发展，军区副司令肖永银被派往上海，开始对空四军和空五军的主要负责人采取行动。肖永银在行动中配合对王维国和陈励耘进行控制，确保万无一失。为了确保工作机密不泄露，周纯麟将相关人员安置在锦江饭店，警备区的部队负责外围警卫，确保安全无忧。

在此期间，周纯麟与地方的马、徐、王三人展开了激烈的斗争，然而这些压力他都一一顶住了。但在一次对上张、王的运动中，周纯麟感到自己开始难以承受过大的压力，身体也出现了问题，被诊断为心脏病和心绞痛等症状。为了恢复健康，他甚至曾请求总政治部主任李德生调离警备区。然而，由于特殊时期的要求，他未能如愿调动，尽管如此，他依然坚持工作，直至身体情况有所好转。

1976年，当周纯麟得知四人帮被粉碎的消息时，他激动万分，甚至扔掉了使用了两年的拐杖。随着局势的变化，上级也对上海的马、徐、王进行了处理。

进入1978年，考虑到身体状况，周纯麟最终不再兼任上海警备区司令职务，随即调任何以祥担任南京军区副司令兼上海警备区司令。