Sau cuộc Nhật đảo chính Pháp (9-3-1945), ông thoát khỏi nhà lao, được phân công về công tác ở Phú Yên. Cùng với một số đảng viên khác thành lập Tỉnh ủy lâm thời, được cử làm Trưởng ban khởi nghĩa. Cuối 1945, được bầu làm Bí thư Tỉnh ủy Phú Yên. Đầu năm 1947, Bí thư Tỉnh ủy Bình Thuận, Ủy viên Phân ban Cực Nam Trung Bộ (tức khu VI sau này).

Năm 1950 - 1952, ông là Khu ủy viên Khu ủy V, phụ trách Bí thư Ban cán sự Cực Nam Trung Bộ (gồm 4 tỉnh: Ninh Thuận, Bình Thuận, Lâm Viên và Đồng Nai Thượng). Từ năm 1952 - 1954, Bí thư Ban cán sự miền Tây Quảng Nam.

Sau Hiệp định Genève (7-1954), làm Bí thư Tỉnh ủy Quảng Nam - Đà Nẵng, Ủy viên Thường vụ Khu ủy V. Tháng 7-1955 đến tháng 10-1959, ra miền Bắc làm Phó Chủ nhiệm Ủy ban Thống nhất Trung ương. Cuối năm 1959, ông trở lại chiến trường miền Nam, được bổ sung vào Thường vụ Khu ủy V. Tháng 1-1960, trong Đại hội đại biểu Đảng bộ tỉnh Quảng Nam – Đà Nẵng bên bờ sông A Vương, ông được Khu ủy V chỉ định làm Bí thư Tỉnh ủy đến giữa năm 1961. Tháng 5-1961, được bầu làm Ủy viên  dự khuyết Ban Chấp hành Trung ương Đảng Lao động Việt Nam, Phó bí thư Khu ủy V, Phó chủ tịch Ủy ban Mặt trận Dân tộc Giải phóng Trung Trung Bộ.

Trước cuộc Tổng tấn công và nổi dậy Tết Mậu Thân (1968), ông được Thường vụ Khu ủy V chỉ định làm Bí thư Đặc khu ủy Quảng Đà. Tháng 11-1971, Chính ủy Bộ Tư lệnh mặt trận Tây Nguyên. Trong khi chuẩn bị trở lại chiến trường tham gia Tổng công kích và nổi dậy mùa xuân 1975, thì ông ngã bệnh, rồi mất đột ngột vào tháng 3-1975 tại Hà Nội.

Ghi nhận những đóng góp của ông, chính quyền thành phố Đà Nẵng đã quyết định đặt tên một con đường mang tên Trương Chí Cương dài 290m, rộng 8m, từ đoạn gần cuối đường 2 Tháng 9, phường Hòa Cường, quận Hải Châu.

Cổng TTĐT thành phố