兰州军区空军坚持中国共产党对军队绝对领导，坚持把思想政治建设摆在首位，大力弘扬艰苦奋斗精神，加强基层建设，保持部队高度稳定和集中统一。随着国防工业的发展，武器装备不断改善，较为先进的飞机和地空导弹等陆续装备部队。坚持以战斗力为标准，以军事训练为中心，严格训练，严格要求，部队战斗力提高到新水平。
兰州军区空军长期担负西北地区防空作战任务，军区空军机关和部分部队先后执行配合地面部队剿匪、核武器试验等任务，为保卫祖国领空安全和国防科技做出重要贡献。1952年12月～1953年7月，军区空军组织指挥运输机部队执行空投任务，支援陆军部队在甘肃南部地区剿匪作战。1956年5月，组织试航西藏当雄机场成功，开辟北京—西宁—拉萨航线。1959年，奉命统一领导和指挥空军参战部队，配合人民解放军地面部队平息西藏地区武装叛乱。1962年8月～1963年1月，在边境自卫反击作战中，完成空运空投等任务。从1963年开始，多次组织部队参加核试验，完成空投核弹、烟云取样、爆心剂量侦测、空中摄影和其他保障任务。1965年5月14日，空军第36师李源一机组驾驶飞机首次空投原子弹爆炸成功。1967年6月17日，空军第36师徐克江机组驾驶飞机首次空投氢弹试验成功。此外，兰州军区空军部队参加首都国庆阅兵，新型飞机试飞、导弹试射试验，国土航测、抢险救灾等，圆满完成任务。参加地方重点工程建设80多项。军民共建千里铁路文明线，人工增雨，飞播造林，成果丰硕。
兰州军区空军在保卫和建设祖国、加强军队建设中，涌现一批先进单位和英雄模范人物。空军第8飞行学院安全飞行25年，被中央军委两次记集体一等功。中央军委授予荣誉称号的有：“模范气象导航站”，“科研试飞英雄”滑俊、王昂，“试飞英雄”黄炳新。空军授予荣誉称号的有：“昆仑山上好四站”、“神威大队”、“精神文明建设好六连”、“英雄试飞大队”，“雷锋式的飞行员”王冠扬、“模范义务兵”张军、“模范指导员”王全洲、“空军模范飞行教员”弓晋强等。
历任司令员：罗元发、杨焕民、刘懋功、徐登昆、刘志田、孙景华、马占民、刘顺尧、李永德、马晓天、黄恒美、贾永生；历任政治委员：关盛志、刘镇、王平水、魏志明、杨永斌、郑宝森、臧穗、刘振起、王金相。
