在航空展览和航空竞赛的有效刺激下，飞机制造技术和飞行技术均提高得极快。在莱特兄弟第一架飞机成功试飞之后不到10年，飞机就大规模、成批量地投入军事和民用领域。第一次世界大战前后，由于军事上的需要，航空技术得以大大发展。1909年，美国开始生产军用飞机。1914年大战爆发时，各国已有千架飞机参战。同飞艇一样，飞机可以执行情报侦察、投弹、发射鱼雷、撒传单、空中照相、与炮兵配合校正炮弹落点、直接机枪扫射等工作。飞机开始用于战争时，主要起侦察作用。但侦察是相互的，这就需要阻止敌方飞机进入我方阵地获取情报，于是不可避免地导致空战。当时飞机上都没有装配武器，因此空战的方式大多是相互撞击，同归于尽。后来，人们在飞机上安装了轻重武器，使飞机成为战斗机。1914年10月5日，法国飞机用机枪将一架德国侦察机击落，开空战之先河。
从1914年大战开始到1918年大战结束，专业的飞机制造公司达2000个。5年间共制造了183877架飞机，其中英国47800架，法国67982架，德国47637架，意大利20000架，美国15000架，法国处在领先位置。由于战争的要求，飞机的品种越来越多，性能也越来越优良。随着发动机的改进，在飞机的飞行速度、高度、飞行距离、操纵性能等方面均出现了重大的突破。飞机的最大飞行速度由每小时165千米增加到230千米，最大飞行高度由5000米增加到8000米，最大航程由600千米增加到1200千米，发动机最大功率由120千瓦增加到313千瓦，最大起飞重量由700千克增加到14000千克，最大载重由50千克增加到3400千克，最大续航时间由4小时增加到10小时。由这些数据可以看出5年来飞机制造业的惊人进步。
一战时期参战飞机虽多，但一开始并无独立的编制，因此存在组织协调不力等问题。1918年4月1日，饱尝德军飞机轰炸之苦的英国率先成立了世界上第一支独立的空军——英国皇家空军。除了建制上的发展外，空军在战争中的重要地位也被充分地认识到，各国军事战略家都提出了自己的制空权理论。
一战结束后，各国充分认识到飞机在未来战争中的重要性，纷纷大力发展自己的航空工业和航空兵兵种。德国、美国、苏联、日本发展最快。这期间，新一代飞机技术被采纳，包括：全金属单翼结构、可收放起落架、封闭式座舱、大功率发动机、无线电及仪表技术等。
第二次世界大战使飞机制造技术进入了一个新的兴盛时期，各种各样的新式战斗机，包括轰炸机、攻击机，不断涌现。二战期间，参战的军用飞机达70多万架，战斗机飞行高度达7000米，最大时速达600千米以上，续航能力达2000千米以上。一开始德国空军（1935年3月10日成立）占据领先地位。他们的俯冲轰炸机和中型轰炸机性能优良，但缺少具有战略意义的远程轰炸机。由于在战争期间飞机技术没有持续改进，战争后期其战斗机的性能和数量优势就被盟军超过了。二战期间，德国生产了11万多架飞机，英国生产了9万多架，苏联生产了10万多架，而美国生产了20万架。美国虽然是第一架飞机的诞生国，但航空工业的整体水平不高，一战的参战飞机全都是进口货。二战开始后，美国政府非常重视，使美国航空事业起点虽低，但发展最快，战后成为世界首屈一指的超级航空大国。它的远程战略轰炸机最为有名，曾经成功执行过在日本投掷原子弹的任务。
如果说空军在一战中还只是起补充作用的话，那么在二战中则起着举足轻重的作用。德国的闪电战和入侵苏联的巴巴罗萨计划之所以奏效，就是因为其空军掌握了制空权。而计划在英国登陆的“海狮计划”之所以失败，就因为在一开始的不列颠空战中未能夺得制空权。在太平洋战场上，日本偷袭珍珠港获得成功而在中途岛海战中大败，都完全是因为夺取或丧失了制空权。空战成为太平洋战争中起决定性作用的因素。
