组建探照灯部队
1950年8月10日，从华东华东军政大学等单位抽调干部、学员1100余人组成探照灯团，下辖2个探照灯营。8月中旬至10月10日，该团向苏联巴基斯基混合空军集团军探照灯团学习，并接收了巴部移交的探照灯装备。1952年1月，该团到达朝鲜安州地区，协同高炮部队共同担负保卫清川江桥任务，首次取得了保障高炮部队击落B29型轰炸机的胜利。到70年代，由于飞机速度的增大和高炮、地空导弹自动火控系统不断改进，探照灯在防空作战中的作用日益减弱。经中央军委批准，探照灯部队1975年10月以前全部撤销。
组建空降兵部队
1949年8月，即将担任解放军空军司令员的刘亚楼在莫斯科与苏联商谈帮助中国建设空军时，建议中央军委组建伞兵部队。经同意后，即与苏联政府商定，聘请伞兵顾问与订购降落伞等事宜。1950年9月16日，根据中央军委的决定，以步兵第八十九师师部炎基础组建的空军陆战第一旅（伞兵旅）正式成立。旅辖狙击营、坦克营、迫击炮营、战防炮营、高射机枪连、工兵连、通信连以及各种勤务保障分队。陆战旅成立后，几经易名，1957年4月28日，改称中国人民解放军空降兵。

组建防空军
为统一对城市防空部队的领导，加强国土防空建设，1950年12月6日，中国人民解放军防空司令部在北京正式成立。周士第任司令员、钟赤兵任政治委员。在此前后，各军区防空司令部（防空处）也相继建立起来。1955年9月防空部队改称防空军后，解放军防空军领导机关设司令部、政治部、后勤部、干部部、军法处。到1957年，随着防空部队的不断发展，防空军领导机关也作了相应调整，设有司令部、政治部、干部部、后勤部、战斗训练部、歼击机指挥部、高射炮兵指挥部、探照灯兵指挥部、军械部、指挥所等10个部门。下辖50个处、室、科。1957年3月，为加强对空军和防空军的统一领导和部队建设，中央军委决定，空军和防空军合并称空军。
组建地空导弹部队
1958年7月，为了打击美国和台湾国民党空军高空侦察机对大陆的窜扰活动。国防部长彭德怀提出，要建立一定数量的防空导弹部队。经中央军委批准，从苏联进口了萨姆11型地空导弹兵器，空军从所属部队选调人员，于同年10月至翌年1月，先后组建了3个地空导弹营。1959年5月21日，正式成立空军地空导弹训练基地，主要负责地空导弹部队的改装训练和实弹打靶，还临时担负起地空导弹营防空作战组织指挥任务。地空导弹部队在防空作战中连续获得战绩。为适应国土防空作战的需要，1964年3月1日，经总参谋部批准，空军将地空导弹训练基地改编为空军第一个地空导弹师。
航空兵实行基地化
经中央军委批准，从1961年下半年开始，空军航空兵全面实行基地化，航空兵师对本师部队和基地实施统一领导。到1962年10月底，各师基地调整完毕。同时，为了适应航空兵机动作战的需要，还相应地成立了机动机务大队。
空军机关精简
1969年9月，空军领导机关按照中央军委确定的适当归口、减少层次、裁减人员的原则进行了精简。军事训练部与学校管理部合并为军训部，归司令部建制；撤销了高射炮兵指挥部，将其业务分别划归司令部相应的部门；第二高射炮兵指挥部、雷达兵部、军事科学研究部缩编为司令部二级部；撤销工程部，将其外场部改为司令部机务部，其修理部、订货部划归后勤部建制，直属政治部并入空军政治部。精简整编后，空军领导机关由11个直属部减为司令部、政治部、后勤部3个直属部。但由于肢解了工程技术部门的职能，千万航空机务保障工作的严重削弱。经中央军委批准，1976年5月又恢复了航空工程部。