В докладе РВС о состоянии Воздушного Флота в 1926 – 1927 гг. отмечалось, что опытные работы в области авиации отстают от планов развития ВВС. 30 января 1928 г. по указанию ЦК ВКП(б) РВС СССР принял постановление о разработке пятилетнего плана опытного строительства авиатехники с учетом ее прогресса и развития ВВС. План был принят 22 июня 1928 г. и являлся частью пятилетнего плана развития народного хозяйства. Планом предусматривалось строительство нового аэродрома НИИ ВВС. Для нового места базирования НИИ ВВС выбрали место, расположенное примерно в 40 км от Москвы по Ярославской железной дороге в районе Щелково. В 1929 г. здесь началась расчистка леса под аэродром.
Строительство нового аэродрома в Щелкове завершилось осенью 1932 г. – строители обязались сдать «объект» к 15-й годовщине Великого Октября. 30 октября начальник строительства П.Г. Алексеев (ранее командовал ВВС Ленинградского военного округа), доложил в Управление ВВС о готовности аэродрома принять самолеты испытательной авиабригады. Идея выполнить перебазирование так, чтобы маршрут перелета проходил через Красную площадь, зародилась в «низах» НИИ ВВС и получила официальное одобрение 10 ноября, в этот же день начальник НИИ ВВС Н.В. Бузанов подписал приказ на перебазирование. Основную часть колонны из 46 самолетов составляли бомбардировщики ТБ-3 и ТБ-1, группа легких самолетов состояла из истребителей И-2, И-3, И-5 и разведчиков. В голове колонны шел ТБ-3 с бортовым номером «311» (командир экипажа В.П. Чкалов), замыкал строй Р-5, пилотируемый комбригом А.И. Залевским. Полностью перебазирование института в Щелково было завершено в 1935 г.
Летчики НИИ ВВС не раз пролетали над Красной площадью. 7 ноября 1932 г. над Красной площадью прошли десять первых серийных ТБ-3, все экипажи которых были укомплектованы специалистами НИИ ВВС. В 30-е годы огромной популярностью пользовалась, как сказали бы ныне авиационная группа высшего пилотажа «Красная пятерка» – пять окрашенных в красный цвет истребителей И-16. Впервые групповой пилотаж на И-16 был продемонстрирован в Тушино на празднике в честь Дня Воздушного Флота 18 августа 1934 г., в составе группы летали летчики НИИ ВВС В.А. Степанчонок, В.К. Коккинаки,
В.Н. Евсеев, Н.И. Шевченко, С.П. Супрун. На первомайском параде над Красной площадью «Красную пятерку» вел В.П. Чкалов. 1 мая 1936 г. пятерку вел В.А. Степанчонок, в 1937 г. – А.К. Серов, в 1938 г. и 1939 г. – С.П. Супрун, в 1940 г. – И.А. Лакеев. На параде 7 ноября 1939 г. пятерку вел только что вернувшийся из Монголии дважды Герой Советского Союза Г.П. Кравченко. В составе пятерок летали В.Н. Евсеев, А.Г. Кубышкин, А.С. Николаев, Э.Ю. Преман, А.Г. Прошаков, В.Г. Рахов, П.М. Стефановский, П.У. Фокин. В 1936 г. пятерка выполнила над Красной площадью шесть петель подряд, в 1937 г. – девять. Пилотаж, особенно групповой, – дело опасное. Вряд ли в мире существует пилотажная группа, которая обошлась без летных происшествий; катастрофы, увы, тоже практически неотъемлимая часть истории пилотажников. Не миновала чаша сия и «Красную пятерку»: 1 1 августа 1937 г. при выполнении тренировочного полета погиб В.Н. Евсеев, его И-16 столкнулся при выполнении фигуры с истребителем П.У. Фокина. Последнему удалось посадить поврежденную машину.
От НИИ ВВС в парадах 1 мая и 7 ноября принимали участие не только истребители. 1 мая 1936 г. летчик-испытатель НИИ В.К.Коккинаки продемонстрировал новейший бомбардировщик ДБ-3. 7 ноября 1937 г. над Красной площадью прошел АНТ-25 (экипаж М.М. Громов, А.Б. Юмашев, А.С. Данилин), за ним в двух порядках шли самолеты испытательной авиабригады, изображая слово «СССР» и римскую цифру XX, что символизировало 20-летие Октября.
24 декабря 1934 г. Наркомат обороны утвердил новое Положение и штаты НИИ ВВС РККА, согласно которому НИИ ВВС определялся как главный руководящий орган ВВС РККА по вопросам научно-исследовательской, опытной испытательной работы, по инструктированию строевых частей и школ ВВС при их переходе на новую технику. Новая структура была следующей: управление, штаб, политотдел, шесть отделов (1-й – сухопутных самолетов, 2-й – морских самолетов (Севастополь), 3-й – моторов и авиатоплива, 4-й – отдел вооружения, 5-й – оборудования, 6-й – испытания материалов), авиационная бригада (эскадрилья тяжелых самолетов, эскадрилья легких самолетов, отдельный истребительный отряд), отдел главного механика, отдел материально-технического снабжения, отдельная стрелковая рота, Дом Красной Армии.
В 1933 – 1934 г.г. в НИИ ВВС впервые были проведены опыты по дозаправке в воздухе с привлечением самолетов ТБ-1, Р-5, И-15 и И-16. Работы проводились инженером A.К. Запанованным и летчиком И.П. Белозеровым. В 1934 г. в НИИ ВВС на испытание поступили истребители И-15 и И-16. Летные испытания истребителей проводил В.П.Чкалов.