1950年 6月25日，韩战爆发。1950年10月，志愿军首批部队入朝，抗美援朝战争开始。接着，美帝国主义出兵朝鲜，进行武装干涉，并侵占中国领土台湾，轰炸中国东北边境城镇。以美国为首的"联合国军"空军出动大量飞机，对朝鲜北部的铁路、公路进行狂轰滥炸。10月，中国人民志愿军高举抗美援朝、保家卫国的旗帜入朝参战。这时，美国用于朝鲜战场的空中力量共有飞机近1200架，活动十分猖狂。为了保卫重要目标和协同地面部队作战，中国人民志愿军决定组织志愿军空军，由刘震任司令员（后期由聂凤智代理）。

志愿军决定组织志愿军空军参战，其基本任务是：在友军空军和地面防空部队的协同下，夺取并保持重要地区的局部制空权，以掩护交通运输线、保卫军事和工业目标、支援地面部队作战。同年12月，"联合国军"用在朝鲜战场上的各种作战飞机约1200架(其中美军飞机1100架)；美军飞行员的飞行时间均在1000小时以上，许多人参加过第二次世界大战，有些人是所谓的"王牌驾驶员"。而志愿军空军只有刚组建的2个歼击师、2个轰炸师、1个强击师，作战飞机不足300架，飞行员的飞行时间平均只有100多小时，在喷气式飞机上只飞过20多小时，没有空战经验。志军空军根据敌情、任务和部队的技术水平，确定採取从实战中锻鍊，在战斗中成长；积聚力量，集中使用；为地面部队服务的作战方针。

志愿军空军的歼击机和强击机的作战半径很短，为支援地面前线部队作战，需要有前进机场，为此，在朝鲜北部抢修了一些简易机场，但因遭到美国空军连续轰炸而不能使用。志愿军空军只能使用国内基地，因而难以对"三八线"南北地区的地面部队进行空中火力支援。

进行参战準备和实战锻鍊志愿军空军部队指挥员和飞行员虽经过陆军的战斗锻鍊，具有良好的政治素质和战斗作风，但无空军作战经验。为取得空军作战的组织指挥、空中战斗和地面保障的经验，志愿军空军决定先以少量部队掩护交通运输线，进行实战锻鍊。1950年12月21日，志愿军空军第4师第10团第28大队进驻安东(今丹东)基地，準备参战。1951年1月21日，该大队在清川江桥上空首次同美国空军编队遭遇，空战中大队长李汉击伤其F-84战斗轰炸机1架。1月29日，在新安州地区的空战中，李汉又击落、击伤F-84各1架。初战的胜利，使志愿军空军部队受到很大鼓舞，增强了空战歼敌的信心。继第28大队之后，第4师的其他部队相继进驻安东基地参加作战。通过实战锻鍊，获得了空战经验，提高了部队的作战能力。至同年9月，志愿军空军结束实战锻鍊，正式参战。

配合地面部队进行反"绞杀战"：1951年7月10日，战争双方开始停战谈判。美军为向朝中军队施加军事压力，于8月中旬趁朝鲜北部发生特大洪水之机，发动大规模的以破坏铁路为主要目标的"绞杀战"。新安州以北清川江和大宁江上的铁路、公路桥樑，连线着志愿军的前方和后方，美国空军一直将这一地区作为封锁轰炸的重点。志愿军空军为配合地面部队进行反"绞杀战"，从9月中旬开始增加每日出动的次数和飞机架次，在友军空军的协同下，与美国空军进行大规模的空战。双方都採用几十架飞机的大编队和100余架飞机的大机群作战。9月下旬开始，作战双方在清川江南北地区的安州、定州、泰川、价川、肃川、顺川展开大规模空战，以25--27日的空战尤为激烈。美国空军连连受挫。其第5航空队称这3天战斗是历史上最长最大的喷气机战役。1951年秋--1952年春，美国空军从国内选调一批参加过第二次世界大战的校级、"王牌飞行员"到朝鲜作战。志愿军空军也陆续增调歼击机部队参战。1952年2月10日，志愿军空军第4师大队长张积慧在空战中，将美国空军少校中队长、号称"成绩最高的喷气式飞机王牌架驶员"G．A．戴维斯击毙，在美国引起了震动。美国远东空军司令O.P.威兰发表特别声明，称戴维斯被击毙是对远东空军的一大打击，是一个悲惨的损失。经过数月空战的实践，志愿军空军认识到高速喷气式歼击机不宜採用大编队进行空战，便总结制定了以四机编队、多批多路、多层配置、集中一域、协同作战的"一域多层四四制"战术原则。各部队据此原则，结合自己的经验，採取各种具体的战术。作战的机动性和灵活性有了明显提高。至5月底，志愿军空军在反"绞杀战"期间，共有歼击机部队18个团参战，击落敌机122架，击伤41架。由于志愿军空军积极作战，迫使美国空军战斗轰炸机放弃对安州、西浦、价川三角地区的封锁，从而保障了新义州至平壤、熙川至平壤两条铁路干线可以昼夜通行。至6月，美军历时10个月的"绞杀战"以失败而告终。 在反"绞杀战"过程中，志愿军空军配合第50军在西朝鲜湾进行攻岛作战。1951年11月，空军三次出动轰炸机编队，轰炸大和岛及其附近的美军及南韩(韩国)军舰艇。其中第三次轰炸大和岛时，遭到美机数十架F-86的截击。在空战中，志愿军空军的图-2轰炸机和拉-1l护航歼击机遭受重大损失，仍顽强飞抵目标上空遂行轰炸任务，并击落美机3架，击伤5架，开创了低速活塞式飞机击落高速喷气式飞机的範例。（参见：大小和岛空战）

美军在其"绞杀战"失败后，从1952年夏季开始，除继续破坏交通运输线外，将空中突击的重点转向工业的、农业的和军事的设施，连续组织大规模的空中战役，破坏朝鲜北部的水力发电系统、水利灌溉系统和军队补给系统。1952年6月23日，美国空军和海军联合出动500多架战斗轰炸机，在100余架战斗机的掩护下对鸭绿江上的拉古哨(水丰)发电站和朝鲜境内的赴战、长津、虚川等水力发电厂同时进行轰炸，并在随后的一周内每日出动300--600架次继续轰炸发电系统和交通枢纽。志愿军空军在友军空军的协同下，与地面防空部队配合，积极保卫清川江以北的重要目标和交通运输线，并将战术性掩护作战过渡到战役性防空作战。此后，志愿军空军不断派出机群到平壤及其以南空域巡逻，多次击退北犯的美国空军轰炸机群，迫使其战斗轰炸机将活动範围收缩到平壤以南空域，从而使新义州至安州、满浦至价川的两条运输干线，大部分时间可以通行，并使拉古哨发电厂免遭再次轰炸。

1952年秋，美国空军调来新式的F-86F型战斗机，志愿军空军亦改装了米格-15比斯歼击机，双方飞机都有改进，作战能力都有提高。美国空军为恢复其在清川江以北的"空中优势"，频繁组织大机群北上，企图再炸拉古哨发电站和鸭绿江桥，由于志愿军空军积极进行反击，使美军企图未能得逞。

1952年冬，忘愿军空军组织部队进行轮番作战，要求将空中战线推进到清川江以南，以减轻美国空军对志愿军地面部队的压力。空军参战部队在"一域多层四四制"的原则指导下，灵活变换战术。採取提前起飞，以小编队、多层次、多批路出动，运用引诱、迂迴、夹击以及打大机群与打小机群穿插或结合的战术，频频越过F-86的"阻击萤幕"，攻击战斗轰炸机。11月2日，志愿军空军一部运用诱敌战术，从西路插到宣川，吸引60多架F-86飞机，掩护友军空军击落偷袭拉古哨发电站的美国空军战斗轰炸机14架。11月15日，志愿军空军运用钳形战术攻击F-86机群，第3师的副团长王海率队迂迴到清川江以南掉头向北打其侧后，第12师的副团长王华清率队由北向南打其正面，两支部队在泰川空域夹击F-86机群，击落美机4架。1952年冬和1953年春，美国空军将F-86飞机增加到300余架，并组织一次新的封锁交通线战役和派飞机越过鸭绿江偷袭志愿军空军返航的飞机。志愿军空军不断出动多梯队小机群连续进至清川江以南截击美机，多次迫使其中途弃弹南逃。4月7日，志愿军空军第15师年轻的飞行员韩德彩，在反击美机偷袭基地的战斗中，将美国空军上尉小队长、号称"双料王牌驾驶员"H．E．费席尔的飞机击落，费席尔被生俘。从5月13日开始一连数日，美军出动大量轰炸机和战斗轰炸机，对德山、慈山、龟城、泰川等地的水库堤坝进行反覆的轰炸。志愿军空军每日出动大量的飞机同其进行大规模的空战，这场空中交战一直持续到停战前夕。

毛泽东和周恩来曾研究过以什幺名义出兵的问题，同时徵求一部分民主人士的意见。最后命名为志愿军，并使用了完全不同的番号和编制。表示中国不是跟美国宣战，是人民志愿支援朝鲜。虽然名称为志愿军，但实际是现役部队整建制地参战。战争初期，这一名称让联合国军误以为这不过是一只小规模的志愿者队伍。后来联合国军弄清中国人民志愿军是成建制的正规部队，只是使用了完全不同的番号后，也继续承认“志愿军”这一名称，以便将战争限制在朝鲜半岛，避免将战争升级。

王天保，二级战斗英雄，特等功臣。曾驾驶落后的拉-11与8架F-86纠缠，获得击落1架击伤3架的战绩。

王海，一级战斗英雄，特等功臣。个人击落敌机4架击伤5架，同时带领“王海大队”，取得了大队里人人击落敌机的骄人战绩。1988年，王海被授予空军上将军衔。曾担任中国人民解放军空军司令员。

李汉，二级战斗英雄，一等功臣。在朝鲜战场上，首开志愿军击落击伤美机记录。 刘玉堤，一级战斗英雄。曾击落敌机6架击伤8架，并创造“单机一次空战击落敌机4架”纪录的孤胆英雄。离休前曾任北京军区副司令员兼北京军区空军司令员，中将军衔。

韩德彩，二级战斗英雄。战斗机飞行时间不足100小时便击落美军“双料王牌”费希尔。共击落敌机5架。1991年，韩德彩被授予空军中将军衔。曾任空军师长、军长,南京军区空军副司令员。

张积慧，曾击落美军拥有击落敌机22架记录的“超级王牌”戴维斯。共击落敌机4架。抗美援朝战争后，张积慧曾担任师长、军长、空军副司令员等职。

孙生禄，空军英雄，一级战斗英雄。王海大队1中队的僚机组组长，击落敌机3架，击伤1架。1952年12月3日，在与美军的战斗中牺牲。

赵宝桐，一级战斗英雄，被称为“空战之王”，击落敌机7架，击伤2架。历任空军第六航空学校训练团团长、第六航空学校司令部副参谋长、第三航空学校副校长、北京军区空军副参谋长等职。

鲁珉，一级战斗英雄，特等功臣，被称为“打佩刀的能手”。击落敌机5架。

范万章，二级战斗英雄，特等功臣。担任编队08号僚机，为8机编队中僚机大队僚机编队僚机位置，不但有力保护了长机，而且击落敌机3架。在一次返航中，遇到美军偷袭，英勇牺牲。

罗沧海，担任与范万章相同的8号僚机位置，曾对美军一4机编队一次进入4次开炮，击落3架。被戏称为“空中点名”。罗沧海也被称为“空中神炮手”。

王昭明，战斗英雄刘玉堤的僚机飞行员，多次放弃射击机会坚定履行僚机责任，为刘玉堤创造“一次机落4架敌机”纪录提供了最有力的保卫。

在第三阶段作战中，志愿军空军在作战规模、空地指挥、空中战术和地面保障等方面，都有较大的改进和发展，获得了新的经验，并训练出在昼间複杂气象和夜间一般气象条件下都能作战的部队。第4师的副团长侯书军在1953午5月的一次夜间空战中击落敌机1架。 中国人民志愿军空军在抗美援朝战争中，沿着"从实战中锻鍊，在战斗中成长"的道路，由不会打空战到学会打空战，由能打小规模的空战到能打大规模的空战，共战斗出动2．6万多架次，完成了掩护交通运输线、保卫重要目标、配合地面部队作战等任务，共击落敌机330架，击伤95架。由于志愿军空军在总体上处于劣势，因而也付出了很高的代价，被击落飞机231架、击伤151架。作战中，志愿军空军发扬革命英雄主义精神，开展立功运动，涌现出三等功以上的功臣8000多名，立集体三等功以上的单位300多个。其中立集体一等功的单位6个，立集体二等功的单位2个；特等功臣16名，一等功臣68名，其中有21人获得英雄模範称号。王海、刘玉堤、孙生禄、赵宝桐、张积慧、鲁珉为一级战斗英雄、特等功臣。 第二次世界大战末期出现的喷气式飞机，在韩战中得到大规模的使用。志愿军空军在现代空战中经受了考验和锻鍊，并迅速成长壮大。

中国人民志愿军空军在战争中，志愿军空军边打边建，迅速成长壮大，组建许多新部队，改善了装备，培养了大批空勤人员和地勤人员、指挥干部和专业干部，部队的各项工作有了很大提高，这对于战后中国人民解放军空军的建设和发展具有重要的意义。