从1950年10月到1951年5月，志愿军在半年内突击组建了17个航空兵师，如此惊人的速度在世界空军建设史上都是罕见的！
志愿军空军首先出动的是第4师，该师共辖2个团，装备米格-15战斗机55架，于1951年9月12日全部进驻安东浪头机场。
从9月20日到10月19日，志愿军空军第4师作战一个月，战斗出动508架次，在苏联空军的带领下，与美机进行大小空战10余次，其中敌我双方共200架飞机以上的大规模空战7次，共击落敌机17架，击伤7架，自身损失飞机14架。
10月20日，志愿军空军第3师接替第4师作战。第3师装备米格-15战机50架，飞行员50名。
12月，为了及时掌握空情，更有利于进行空中引导和指挥，志愿军在博川以北及平壤西北增设两个前方辅助指挥所，并在永柔、肃川、新安州、定州一带建立3个空中观察引导组。
从1951年11月中旬起，为锻炼部队，志愿军空军第14师及第2师第6团进驻安东前沿机场，由第3师带领参战。12月和1952年1月，志愿军空军第6师和第15师奉命参战。
至1951年底，志愿军空军先后有5个歼击机师参战，连同轰炸机配合地面部队攻占大和岛的作战，共出动5287架次，空战45次，击落美机72架、击伤25架，被击落44架、被击伤16架。
志愿军空军的参战，对朝鲜战场上一直处于绝对优势的美空军造成了巨大的威胁。美空军参谋长惊呼，中共在一夜之间就成了空中强国之一。美国空军战史也称，“由于数量上的优势，中共11月份在平壤以北已经取得了主动地位，而联合国军的飞行员只能对*发起的攻击进行抵抗而已。”
从1952年1月开始，志愿军空军已开始独立作战，每轮作战部队保持3-4个师，每师经过实战锻炼后，即由新的部队接替作战。
1952年1月中旬，第一次入朝参战的志愿军空军第4师再次投入到第一线，负责带领新部队作战。
值得一提的是，2月10日，第4师第12团第3大队大队长张积慧一举击落美军“王牌飞行员”戴维斯少校的驾机。戴维斯有着3000小时飞行经验，在第二次世界大战中曾参加战斗飞行260余次，是美军空军中的“百战不倦”、“特别勇敢善战”的“空中英雄”。美远东空军司令威兰将军在一项特别声明中指出，戴维斯的阵亡，“是对远东空军一大打击”，“是一个悲惨的损失”。这次事件同时也引发了美国国会议员对政府朝战政策的争吵。
至1952年6月，志愿军空军共有9个师18个团的歼击机参战，并有2个师的轰炸机师的部分部队参加轰炸大、小和岛。
整个朝鲜战争中，志愿军空军共出动2457批，26491架次，击落美机330架，自身被击落231架，116名飞行员血染碧空。
