Советские ВВС создавались вместе с Красной Армией. 28 октября (10 ноября) 1917 по инициативе В. И. Ленина было образовано Бюро комиссаров авиации и воздухоплавания (председатель А. В. Можаев). В декабре была учреждена Всероссийская авиационная коллегия по управлению Воздушным флотом Республики (председатель К. В. Акашев), на которую возлагались руководство формированием авиационных частей, центральных и местных управлений Воздушного флота Республики, подготовка авиационных кадров и материально-техническое обеспечение. В январе 1918 были сформированы первые 6 авиационных отрядов (по 12 самолётов в каждом), направленные под Петроград, на Украину и в Белоруссию. Одновременно с созданием первых авиационных частей проводилась реорганизация органов управления. 24 мая 1918 было создано Главное управление Рабоче-Крестьянского Красного Военно-Воздушного флота (до февраля 1921 начальник К. В. Акашев), которое объединяло ВВС страны. К ноябрю 1918 было сформировано 38 авиаотрядов, к весне 1919 — 61 (45 разведывательных, 12 истребительных, 3 артиллерийских, 1 аэрофотографический). Всего на фронтах Гражданской войны в 1918—20 одновременно действовало до 350 советских самолётов. Для руководства боевой деятельностью авиационных частей на фронтах Гражданской войны в августе 1918 было создано Полевое управление авиации и воздухоплавания при Реввоенсовете Республики — сокращённо Авиадарм (авиация действующей армии), начальником которого с сентября 1918 по февраль 1921 был А. В. Сергеев. Лётные кадры для ВВС в 1918 готовились в 1-й Московской и в Егорьевской школах лётчиков, а также в Петроградской военной школе лётчиков-наблюдателей. В 1919 организован Московский авиационный техникум, который в 1920 реорганизован в институт инженеров Красного Воздушного Флота. В ноябре 1922 на базе этого института создана Академия Воздушного Флота (ныне Военно-воздушная инженерная академия им. Н. Е. Жуковского).
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).