2005年底，高小燕出任解放军总医院第三〇九医院政委。2009年6月，原为解放军总医院（即三〇一医院）附属医院的三〇九医院整体转隶总参，高小燕除继续担任三〇九医院政委，同时还是总参管理保障部党委委员。2012年，高小燕调往郑州，担任解放军信息工程大学副政委、纪委书记，并从大校晋升为少将，成为为数不多的女将军。
据《解放军文艺》报道，高小燕担任三〇九医院政委期间，“干劲冲天，大事忙完一桩又一桩”。文章披露，医院建设了15栋工作人员宿舍楼，建成的三万平方米可停靠一千辆车的大型地下车库，系全国医院车库之最。还新盖干部医疗保健大楼、结核病研究所大楼，改扩建了门急诊大楼。
