解放战争时期，1949年1月，刘亚楼任平津前线司令部参谋长兼天津前线总指挥，指挥了天津攻坚战役。3月，出任中国人民解放军第四野战军第14兵团司令员。1949年4月，正当刘亚楼准备率十四兵团挥师南下，参加解放中南广大地区的战斗时，党中央通知他留下来，负责组建人民空军。
刘亚楼受领任务后，与时任军委航空局局长常乾坤、政委王弼等研究，提出了一个组建空军的主要领导干部人选，及空军领导机关由第四野战军第十四兵团机关加上军委航空局人员组成的初步设想，并以此请示了罗荣桓、聂荣臻等有关领导后上报中共中央。
7月27日，周恩来通知刘亚楼：“中央决定你、王弼、吕黎平(东北航校训练处处长)、及翟云英4人8月初赴苏，去完成争取苏联援助的任务。”还说：“你和王弼、吕黎平3人7月31日下午到中南海，毛主席、朱总司令要接见你们并作指示。”
7月31日下午4时，刘亚楼、王弼、吕黎平来到中南海，朱总司令首先接见了他们。下午5点左右，刘亚楼等3人来到周恩来的办公室，周恩来交代完行程安排后说：“因为毛主席要亲自接见，同你们详细商谈筹建空军的问题，我就不多谈了。”
5点半左右，毛泽东主席在住处丰泽园接见了刘亚楼等3人，交谈中，毛主席还告诉刘亚楼，“本来还要派一个筹建海军的同志(后来先派张爱萍，后来又派张学思赶到莫斯科谈建设海军问题)去莫斯科，谈筹办海军学校和请苏联海军帮助我们打捞‘重庆号’巡洋舰事，因人选没有最后定下来，来不及同你们一道出发了。请告诉少奇同志通知苏方，大概这个同志再过半月左右亦可抵莫斯科。”
刘亚楼当即表示： “我们坚决按毛主席的指示去做。
为组建空军的领导机关，中央军委于1949年8月1日致电四野首长：“由四野拨来作为成立空军司令部之基础的14兵团指挥机构，请即令其开来北平待编。”随后，第14兵团机关共2515人，由参谋处长何廷一、组织部长王平水率领，从汉口启程，8月19日到达北平南苑，等待整编。
刘亚楼一行于8月1日从北京出发，经哈尔滨、满洲里，抵达苏联境内的赤塔市，在这里换乘一架美制C-47(二战期间按租借法案美国援助苏联的)运输机，飞往莫斯科。这是刘亚楼第一次乘坐飞机，由于身体不适，又因夏季气流不稳，飞机上下颠簸，他在空中呕吐得很厉害。于是，后来成为空军司令的刘亚楼有了“晕机”的名声。刘亚楼一行于11日下午飞抵莫斯科，下榻于莫斯科郊外的一座疗养院。
1949年6月26日，刘少奇率代表团访苏，8月14日刘少奇回国时，带了100多位苏联专家同行。
8月13日，刘亚楼、王弼和吕黎平随刘少奇、王稼祥来到苏联武装力量部办公大楼，进行第一次会谈。华西列夫斯基元帅热情欢迎中方人员的到来。苏方参加会谈的还有空军总司令韦尔希宁元帅，主管训练的空军副司令和空军训练部部长。
刘亚楼用俄语首先介绍了我们现有的飞行员、机务人员及其他勤务保障人员数量和飞机数量，飞行员的训练情况和技术状况。还介绍了所掌握的国军方面空军的主要情况。接着，详细谈了组建空军的设想和意见。中国需要建立一支有战斗力的空军，希望苏联援助我们，在1年之内建立一支由300-350架飞机组成的空军战斗部队。
刘少奇说：“方才他们所谈意见，事先报告了毛泽东同志和党中央，因而这也就是我们党中央的空军建军方案。请元帅同志据此意见拟出具体援助计划。”
华西列夫斯基元帅说：“听了中国同志的方案，我们有了初步依据。为使援助计划搞得更细一些，建议刘亚楼同志和韦尔希宁空军元帅再进行一次详细的会谈。草签一份协议，我们报请斯大林同志批准。刘少奇同志，您对会谈程序有何意见? ”
刘少奇回答说：.. “我同意，元帅同志。我明日将要回国，今后会谈的问题就由刘亚楼同志全权代表了。”
14日，刘亚楼、王弼和吕黎平到苏联空军总部进行第二次会谈。苏方参加会议的人员，除空军总司令韦尔希宁元帅外，还有上将副司令、中将训练部长和两名校级军官。苏方又详细询问了我方的现有条件等情况。在刘亚楼介绍我空军现有情况后，韦尔希宁元帅说：你们的要求可以得到满足，所提方案可以实现。具体援助计划我们3天之内提出来，到时再请你们来这里商谈。”刘亚楼同意韦尔希宁元帅的安排。
18日，刘亚楼一行到苏空军总部举行了第三次会谈。韦尔希宁元帅说：“我们认真研究了你们的设想和方案，训练3 50～4 00名飞行员，应组建6所航校，第一批援助飞机总数为434架。半年后混合师成立，可从航校抽歼击机8O架、轰炸机2 0架。每校留作战飞机10架，训练课基本不受影响，1年后飞行学员毕业，3个作战师成立时所需飞机数量，建议明年上半年再行会谈商定。“专家的数目：每所歼击航校1O0人，每所轰炸航校1 20人，有校级军官、飞行教员等飞行干部20人，其他是地勤、理论教员、航医、后勤保障人员。另有少量派驻空军司令部以及组建空降旅的专家，共计878名。“关于保证飞行的相应物资器材(如汽车、油料、充电设备、飞行装备等)，我们亦将如数配备。“以上就是我们制定的援助计划，请贵方研究一下，如果同意就双方签署，以便上报。”
刘亚楼觉得苏方考虑得比较周全，与我们提出的方案基本相符。党中央指示的谈判目的已经达到，刘亚楼向韦尔希宁元帅说：“苏联方面所订援助计划，我们表示同意。这是国际主义精神的具体体现。为此我以代表团的名义，对空军元帅同志及由您主持苏军代表团的负责精神和高效率的工作，表示真诚的敬佩和衷心的谢意。有些具体问题，会后可继续磋商，求得解决。关于购买飞机、器材以及聘请专家的各项经费，请按世界通常价格计算，由我国政府核实结算，将来向苏联政府偿还。”接着，刘亚楼、韦尔希宁元帅分别代表中苏双方在协议上签了字。
10月5日，华西列夫斯基元帅会见刘亚楼一行，通知说：“援助中国建立空军的协议书，斯大林大元帅和苏共中央已经批准了，我向你们表示祝贺。苏联第一批专家23人已经集中，很快就要出发去中国，如果没有其他问题，你们就可以乘飞机到赤塔，然后改乘火车回国了。”
刘亚楼将情况电告党中央。第二天，中央回电刘亚楼：.. “与友方谈定的一切计划都很好，中央完全同意。”
10月7日，刘亚楼一行启程回国。
l0月25日，中央军委任命第四野战军第14兵团司令员刘亚楼为空军司令员，第四野战军第13兵团政治委员肖华为空军政治委员兼政治部主任，第二野战军第17军军长王秉璋为空军参谋长。
11月l1日，中国人民解放军空军成立。中央军委电令各军区、各野战军：
中国人民解放军空军司令部现已宣布成立，原军委航空局着即取消。原航空局所有干部及业务均即移交空军司令部接收。任命军委航空局局长常乾坤为空军副司令员兼军事训练部部长，军委航空局政治委员王弼为空军副政治委员兼工程部部长。
1962年9月，毛泽东、刘少奇在中南海听取刘亚楼汇报空军击落美制U－2型高空侦察机经过。
1965年，周恩来接见空军击落美无人驾驶飞机有功人员。
1956年，彭德怀、聂荣臻、叶剑英三位元帅观看空军飞行表演，刘亚楼空军上将陪同观看。
1949年11月，空军司令员刘亚楼（右一）、空军政委肖华（左一）与罗荣桓在颐和园。
1965年，空军党委常委全体人员，开会后合影。左起，副司令成钧中将、副司令徐深吉中将、司令员刘亚楼上将、副司令曹里怀中将、副司令谭家述中将、政委吴法宪中将、副政委王辉球中将、副司令刘震上将、副司令常乾坤中将。
司令员刘亚楼空军上将与吴政委视察空军部队。
1963年10月01日，陈丕显（右二）和刘亚楼（左一），童小鹏（左二），杨成武（右一）在北京天安门城楼上。
刘亚楼空军上将和罗荣桓元帅。
空军司令员刘亚楼上将和海军司令员萧劲光大将，1955年10月1日在天安门上观礼。
1958年，叶剑英、刘亚楼、韩光（前排从右至左）等在沈阳观看我国自行研制的飞机作飞行表演。
1955年9月，刘亚楼在授予空军军官军衔仪式上讲话。
天津前线总指挥刘亚楼下达总攻命令。
