改革先锋
此后，梁光烈来到陆军第二十军。1985年，他晋升为军长。就在他出任军长之际，中国军队改革史上的一件大事发生了——时任中央军委主席邓小平在北京出席军委扩大会议，这位81岁的老人在会上发表讲话，他轻轻伸出一个指头，说了一句令世界震惊的话：“把中国人民解放军的员额减少100万。”
在这一背景下，梁光烈成为军队改革的重要参与者，第二十军成为陆军军旅体制改革的首个试点集团军，并且从替补军练成主力军。1990年，他出任第五十四集团军军长，将其改制为超重装军，成为主力部队。1995年，他任北京军区副司令员。1997年，他调任沈阳军区司令员，开始研究对台作战，提出新的作战思路。1999年，台海局势告急，中央军委点将梁光烈担任南京军区司令员。2002年，他升任总参谋长，对总参作战部进行大变革，设立了许多新时期的作战局，要求部队真打真练，一切为了实战。
柔情将军
“悍将”也有“柔情”的一面。1998年洪水肆虐时，时任沈阳军区司令员的梁光烈，亲临一线指挥抢险救灾。曾经叱咤战场的将军，在救灾现场流下了眼泪。他回忆说：“当时，哈尔滨松花江靠城大堤修了一个水泵站。洪水把上面的机房掏空了。指挥部决定把(机房)堵起来，只干了一天就堵上了。十八九岁的战士，背着200斤的袋子，里面装的土、石头，要从船上或者汽车上卸下来，背着填到管涌里头去，我看了好心疼。转业复员到哈尔滨的老战士，自告奋勇地组织起来，搞了一个老兵连，回到团里面跟连队一块参加抗洪。我看到那个场面真是感动得流泪。”
时隔10年，2008年汶川大地震发生时，已经是中央军委委员、国防部长的梁光烈5月27日飞抵四川，马不停蹄地逐个视察救灾部队，两天之内走遍了受灾严重的什邡、绵竹、北川、江油、平武等13个救灾点。在第二炮兵的一个救灾帐篷里，身着迷彩服的他很动情地说：“我们抗震救灾部队不畏艰险，不怕流血牺牲，救出了那么多群众，一个一个地(把他们)从废墟中扒出来，一个一个地把他们背出来。”当时，他对部队的要求只有一句话：视灾情如命令，视任务如生命。
敢言部长
2008年，梁光烈担任国务委员兼国防部长。国防部长一职，对外代表整个国家的军事形象，是中国防卫力量的重要象征。在很多重大国际场合，梁光烈都以敢于直言著称。
2011年1月10日，梁光烈与到访的美国国防部长盖茨会谈结束后回答了记者们的提问。美国记者问：“中国发展武器装备会不会威胁他国安全?”梁光烈答道：“我们反对有些人将中国军力发展说成是‘军事威胁’。”美国记者又问：“中美两军关系今后是否还会受到类似美国向台湾出售武器这样的事情干扰?”梁光烈回答说：“美国向台湾出售武器，损害了中方的核心利益，我们不愿意再次看到这样的问题发生，也不希望因为美国向台湾出售武器进一步损害中美两国两军关系。”
