В период Гражданской войны авиационные отряды были объединены в авиационные группы, которые использовались на главных направлениях действий сухопутных войск, и наносили бомбовые удары по вражеским объектам, вели воздушные бои, воздушную разведку, поддерживали связь, сбрасывали листовки и агитационную литературу. В это время были заложены основы оперативного искусства ВВС и тактики родов авиации. За мужество и отвагу при выполнении боевых заданий 219 лётчиков и лётчиков-наблюдателей были награждены орденом Красного Знамени, а 16 лётчиков дважды удостоены этой награды.
После окончания Гражданской войны начался постепенный рост численности и качественный рост ВВС. В 1924—33 на вооружение ВВС поступили отечественные истребители И-2, И-3, И-4, И-5, разведчики Р-3, тяжёлые бомбардировщики ТВ-1, ТВ-3. За 1930—40 производство военных самолётов возросло в 6,5 раза. На вооружение ВВС были приняты истребители И-15, И-16, И-153, бомбардировщики СБ, Ил-4, ТВ-7. В 1939—40 советскими авиаконструкторами были разработаны новые типы современных боевых самолётов.
В 1924 авиационные отряды были сведены в однородные эскадрильи (по 18—43 самолёта), которые в конце 20-х гг. заменены авиационными бригадами. В 1938—39 ВВС были переведены с бригадной организации на полковую и дивизионную. Основной тактической единицей стал полк, состоящий из 4—5 эскадрилий (60—63 самолёта, а в тяжёлобомбардировочном полку — 40 самолетов). В соответствии с назначением и задачами ВВС изменился удельный вес различных родов авиации в составе ВВС: бомбардировочная и штурмовая авиация к 1940—41 составляла 51,9%, истребительная — 38,6%, разведывательная — 9,5%. Однако многие типы самолётов по основным тактико-техническим данным ещё уступали однотипным самолётам ВВС капиталистических государств. Рост технической оснащённости ВВС, их численное увеличение потребовали значительного улучшения дела подготовки командных, инженерных и лётно-технических кадров. В 1938 подготовка лётно-технических кадров для ВВС осуществлялась в 18 лётных и технических училищах. Командный факультет Академии им. Н. Е. Жуковского в 1940 был преобразован в Военно-воздушную академию командного и штурманского состава (ныне Военно-воздушная академия им. Ю. А. Гагарина).
В 1921—41 руководство советскими ВВС осуществляли: А. В. Сергеев (февраль 1921 — конец 1922), А. П. Розенгольц (март 1923 — декабрь 1924), П. И. Баранов (декабрь 1924 — июнь 1931), командарм 2-го ранга Я. И. Алкснис (июнь 1931 — декабрь 1937), командарм 2-го ранга А. Д. Лактионов (декабрь 1937 — сентябрь 1939), генерал-лейтенант авиации Я. В. Смушкевич (сентябрь 1939 — апрель 1940), генерал-лейтенант авиации П. В. Рычагов (апрель 1940 — апрель 1941).
ВВС капиталистических государств в 1918—39 получили значительное развитие и к началу 2-й мировой войны 1939—45 имели в строю боевых самолётов: Германия — 4400, США — 8000, Япония — 4500, Великобритания — 4030, Франция — 3330, Италия — 2950. Удельный вес бомбардировочной авиации в составе ВВС всех стран увеличился по сравнению с 1918 в 2,5 раза, а истребительной и разведывательной авиации — уменьшился. ВВС Германии делились на 5 воздушных флотов — оперативных объединений, каждый из которых включал 800—1200 самолётов. ВВС Великобритании были самостоятельным видом вооружённых сил, подчинялись министру авиации и делились на истребительные и бомбардировочные командования; морская авиация подчинялась военно-морскому министру. ВВС США до 2-й мировой войны не имели единого командования. Авиационные части и соединения, предназначенные для поддержки войск, объединялись в воздушные корпуса, которые подчинялись командованию войск. Годовое производство самолётов в 1939 составляло: в Германии — 10 000, Великобритании — 5800, Франции — 3200, Италии — 3000, Японии — 2500, США — 2400.
В СССР перед началом 2-й мировой войны КПСС и Советским правительством были приняты меры по форсированию производства лучших типов самолётов. В 1940—41 были начаты серийный выпуск истребителей Як-1, МиГ-3, ЛаГГ-3, бомбардировщиков Пе-2, Пе-8, штурмовиков Ил-2 и перевооружение ими авиационных полков. Эти типы самолётов превосходили однотипные самолёты ВВС Германии. Например, максимальная скорость самолёта Як-1 на 30 км/ч превышала скорость Ме-109; самолёты Пе-2 и Пе-8 по сравнению с Ju-88 и He-111 имели большую бомбовую нагрузку и скорость полёта. Штурмовик Ил-2 по сравнению с немецким штурмовиком Hs-129 имел большую скорость и дальность полёта и лучшее вооружение — реактивные снаряды и 400-кг бомбы. Однако к началу Великой Отечественной войны перевооружение советских авиачастей новой авиационной техникой и переучивание лётного состава не были закончены.