1950年11月,原徐州兵工三厂医疗所随工厂一道迁来株洲。12月上旬,医疗所与原株洲兵工厂医院合并,组成株洲兵工厂工人医院,选址袁家祠堂。
医院职工又象战争年代的战士返回根据地一样,喜气洋洋地告别袁家祠堂,搬进了属于自己的医院。从医院成立,经袁家祠堂过渡,到这次搬迁新址,医院建设揭开了新的一页。1951-1959年间,医院逐步完善发展床位增至220张,医院住院部建筑面积5000平方米,以具有一定技术和初具规模的综合医院而享誉株洲新城。不仅实现了工厂职工、家属大小伤、病不需出厂的愿望,而且还吸引着远道慕名而来的病人。
三年自然灾害和紧接着的"文化大革命",严重影响了医院的发展进步。当跨入七十年代时,医院向地市级医院快速迈进,到1976年,新建的7000平方米的住院楼竣工交付使用,加上其他配套房屋,净增房屋使用面积近万平方米,人员增至356人,其中卫技人员占73.5%,病床增至320张;从人员编制到床位设置,从医疗环境到科室建设,从仪器设备到技术水平,从规章制度到医院管理都基本达到地市级医院标准。
1987年,医院被评为省级"文明医院"。
1991年医院成立了创"二甲"达标建设办公室,开始"二甲"创建工作,同年9月,4000余平方米的新门诊大楼竣工交付使用,而且重修了厂中心广场通向门诊大楼的马路,四路汽车站也随之延至门诊楼,为迎接四方患者提供了方便条件。自筹资金60余万元购买必备医疗设备,同时加强医务人员的"三基"训练,1992年6月6日,经过湖南省卫生厅医院分级管理评审委员会评审团3天检查评审,宣布医院一次评审合格。1992年8月2日,"二甲"医院正式挂牌。从此,株洲三三一医院以在航空部和全省工矿医院中率先跨入国家二级甲等医院行列而载入史册,1992年,也成为三三一医院发展史上具有里程碑意义的一年。
2002年,三三一医院一栋18000㎡的现代化住院大楼正式投入使用。添置了核磁共振螺旋CT大型设备;拥有将近700张病床编制。
2007年株洲三三一爱尔眼科医院正式开业,作为株洲市唯一一家专业综合眼科医院,株洲市特色专科,无论从规模、设备、环境,还是从技术、实力、服务等方面,均无愧于全省知名品牌的美誉,"眼科硅谷"名不虚传。同年投资建立了安全监控系统,修建了集职工文体中心、食堂、澡堂为一体的综合楼,投资100万元美化医院环境,使得整个医院绿化率高达75.6%。
2012年医院在株洲市率先完成医院信息系统建设,并通过市卫生局组织的专家组验收,基本达到了卫生部公立医院改革信息化建设中等部署目标。同年医院被评为湖南省卫生系统先进单位。
2013年完成完成了医院信息化升级改造二期工程建设,完成了健康体检管理信息系统、大型设备(漏费)管理信息系统、院感系统等若干模块的上线工作,成为株洲市唯一的一家"数字化医院"建设示范医院。完成电网、污水等基础设施改造。
2014-2017 加强内涵建设 打造区域中心
2014年公租房投人使用,精神科顺利搬迁。检验科整体改造,功能已位于株洲市前列。全力将耳鼻喉甲状腺头颈外科打造为株洲市名副其实的重点学科。
新门急诊大楼于2022年5月正式投入使用,总建筑面积约22752.10m。
2021年10月,株洲市第一家紧密型医联体——枫溪卫生社区服务中心精神科顺利开科,并确定为芦淞区精神障碍患者定点收治医院。
2023年2月,按市委市政府的统一规划,作为试点建设一家“政府主导”的株洲市首家拥有独立院区的医养结合养护院——天伦康养院开始试运行。