1913年－1949年
参见：中央航空学校、中国抗日战争、苏联航空志愿队、飞虎队、中美混合联队和驼峰航线
第二次中日战争期间殉职的王牌飞行员高志航
中华民国空军可以追溯至1913年北洋政府成立的南苑航空学校与航空研究所[3]。在1913年至1928年间，民国军阀大量购买、部署各式飞机，直到1928年北伐成功为止。与此同时，孙中山在1920年于广州护法军政府下成立航空局，这被认为是中华民国空军的滥觞。[4]随后这个组织持续发展，并且先后成立了飞机制造厂、航空司令部与中央航空学校。1934年5月军政部航空署改为国民政府军事委员会航空委员会。到了1937年，国民政府的航空部队正式独立于陆军总司令部，成为独立的军种。[5]
在中国抗日战争初期，中华民国空军参与了多场战役，包括攻击长江沿岸的日本帝国海军军舰以及支援淞沪会战。此时中华民国空军主力战斗机机型是柯蒂斯霍克II战斗机与霍克III战斗机。1937年8月14日，日本帝国海军轰炸机轰炸杭州笕桥机场，遭中华民国空军攻击而退败；因此8月14日被国民政府定为空军节。1938年5月，中华民国空军出动两架B-10轰炸机至日本本土投放传单。
到了战争中期，日本帝国海军的情报单位破解中国军队的无线电密码，使中华民国空军受到打击。[6]。第二次中日战争（第二次世界大战）的中后期，陈纳德等外籍飞行员的加入[7]、以及美国加入同盟国而提供的支援，使得中华民国空军战力重新建构，并参与了新竹空袭、以及空袭日本。[8][9]
第二次世界大战结束后，1946年6月国民政府军事委员会航空委员会改为空军总司令部。内设：
空军总司令部
咨议室
督察室
秘书室
统计室
第一署（人事政策处、人事业务处）
第二署（战斗情报处、照相情报处、反情报处、技术情报处、情报训练处）
第三署（作战处、训练处、飞行安全处、防空处）
第四署（技术补给处、一般补给处、飞机修护处、征购处、交通处）
第五署（作战计划室、组织计划室、训练计划室、工业计划室）
医务处
财务处
军法处
气象处
通信处
工程处
军械处
总务处
副官处
新闻处
另在沈阳、北平、西安、重庆、汉口分别设立空军第一军区、第二军区、第三军区、第四军区、第五军区司令部。共有8个空军大队21个中队。飞机936架，飞机大量装美国战机。轰炸机大队装备B-24、B-25轰炸机；驱逐机大队装备P-51、P-47、P-40战斗机；空运大队装备C-46、C-47运输机；侦察大队装备P-38型侦察机。空军军区司令部编制包括中将司令、少将副司令、少将参谋长、第一至第四处（分管人事、情报、作战、供应），秘书、督察两室，财务、总务两科，通讯、气象两个大队、担任警卫的特务营、空军总站下辖多个航空场站、高射炮兵团。实有总兵力235,837人。
在1946至1949年第二次国共内战期间，中华民国空军在中国以及台湾海峡周边参与作战支援与空袭中国共产党的任务。并且与中国人民解放军空军发生至少11次空战。1949年4月，中华民国空军与中华民国的其他政府部门一起退往台湾。[10]同年10月，中华民国空军在金门的古宁头战役中协助阻止中国人民解放军推进。