1930 年 7 月，党的十六大宣布：军用飞机将彻底国产化。其中，又以重轰炸机为开发重点。为顾及作为不可或缺的配套系统的平行发展，苏联特地新成立了专门研究航空动力装置的“中央航空发动机研究院”（ЦИАМ/基阿姆）。
12 月 22 日，总重 20 吨的四发重轰炸机特勃-3（ТБ-3，即 АНТ-6），在图波列夫的领导和集体努力下，终于研制成功。它代表了三十年代苏联远程航空兵的形象，更象征着苏联已经可以成批生产重型军用飞机了。
TB-3
同年，在对未来航天预先研究的领域里，第一台自制的液体燃料火箭发动机 ORM-1 喷出了令人振奋的尾焰。
当然，在整个三十年代中，充满创举和冒险精神的记录飞行一直都没有停顿过。其中的一例是：飞行员 Ф.Б.法里赫和 В.Б.齐加诺夫共同驾驶一架轻巧的乌-2（У-2）型飞机，从 1931 年的 1 月 27 日到 5 月 11 日，往返飞行于中部城市克拉斯诺雅尔斯克和北极圈内的杜丁卡之间，探险总行程 4,392 公里，其中空中时间 35 小时。……
在机载武器的开发方面，Б.Г.什皮塔利内科研小组试制成功世界上第一挺速射机枪 ЩКАС（施卡斯），它甚至一直使用到二战结束。1932 至 1933 年间，苏联国产航空炸弹已形成自 50 公斤到 2,000 公斤的型号系列。并在世界上先于别国，为战斗机装备了空射火箭弹，如 82mm 直径的 РС-82 和更大的 РС-132 型。它们在 1939 年的哈拉钦河对日作战中通过了战争的检验。
1932 年 6 月 27 日，“全苏航空材料研究院”成立。它的工作重点是继续开发具有发展前途的铝合金和耐热合金钢。当时，除战斗机仍大量采用布/木结构材料外，轰炸机已经大量采用“杜拉铝” （航空硬铝）。作为一种特色，苏联在存在争议的前提下，还对飞机采用钢结构进行过不少有趣的探索性实验。
7 月 9 日，国防委员会做出了一项前瞻性的决定：广泛研究涡轮喷气发动机，力争早日付诸实践。
8 月 14 日，全苏第一架实验性旋翼机 ЦАГИ-1ЭА 飞到了 605 米高度！
同年，苏联第一批水上飞机走下生产线，尽管它们暂时还是按照德国和意大利的图纸制造的。
至此，苏联航空工业已初具规模，并暗暗地开始进行战略布局上的调整。
1933 年 4 月 28 日，苏联举办首届空军节，在莫斯科的伏龙芝中央机场上，举行了精彩的飞行校阅。
10 月 31 日，革命军事委员会下令成立火箭研究院，成为俄罗斯发展航天事业的摇篮。
为彻底扭转在航空发动机方面的落后局面，在这一年依然从美国、法国和西班牙等国购买了一些生产专利。
当第二个“五年计划”来临之际，图波列夫设计集团研制的 8 发动机巨型“宣传飞机” ——АНТ-20“马克辛姆.高尔基号”腾空而起。这架总功率 17,000 马力、总重近 54 吨、翼展达 65 米、可载客 80 人的庞然大物一时间成为“全球最大的飞机” ！而这恰恰印证了苏维埃政权“什么都要世界最大、什么都要世界最强”的信条。
ANT-20
但真正具有实战意义的应该是图波列夫同期的另一杰作：斯勃-2（СБ-2）型双发高速轰炸机。它实际上占居了战前红色空军轰炸机部队的主力地位。
SB-2
作为三十年代航空技术研究之结晶，集当时先进技术于一身的伊-15（И-15）和伊-16（И-16）式战斗机在 1934 年“荣誉推出”。各具特色的气动布局设计使它们分别持有突出的水平面机动性（低空盘旋一周仅需 8 秒！）和优异的最大速度性能。而更具有里程碑意义的是：其中的伊-16 在世界上率先采用了下单翼、半密闭座舱和可收放式起落架等一系列意识超前的气动布局设计！
废弃的 I-16 与 I-15
由于航空工业的发展与壮大，苏联空军的羽翼日见丰满。到1936年，其航空器总数已经较两年前扩大了一倍。而且经过西班牙内战的洗礼，不仅检验了自己的全部航空武器，并且锻炼了本国航空兵的作战技能。
1935 年，苏联空军宣布，它已经完全战胜了螺旋桨失速和飞机尾旋所带来的灾难性技术隐患。
1936 年，苏联在机载武器方面又有了长足的进步：其中最主要的成就是发明了第一种航炮，即 20mm 口径的 ЩВАК 航空机关炮。后来，二战中的苏联空军头号王牌飞行员阔日杜布，就是驾驶着装有此型武器的拉-5 战斗机，取得举世瞩目的战绩的。此外，苏联还研制出 12.7mm 大口径航空机枪 УБ 和 БС 型。当然，还应该提及另二种 23mm 更大口径的 ВЯ 与 МП 型航空机关炮。
同年末，苏联新成立的“航空工艺和生产组织研究院”为优化航空产品工艺及规范航空生产调度起到了积极作用。
在直升机研究方面，我们不得不回顾一下苏联在这个阶段的独创成果。就如美国引以为自豪的 VS-300 和德国的 Fa61 一样，作为苏联的里程碑型号，当推 ЦАГИ-11-ЭА。这是一种复合式直升机，能在飞机构形和直升机构形之间顺利转换，具有很大的实用意义。与此同时，苏联在 1929 至 1937 年间，还同时在旋翼机领域里展开过许多有益的研究，其实验型号从 A-1 至 A-15，结构布局各异。总之，在直升机和旋翼机的初期研究方面，Б.Н.尤里耶夫和 И.Л.布拉图欣为自己的祖国做出了杰出的贡献。
A-7 旋翼机
1937 年 6 月 18 日至 20 日，苏联飞行员 В.П.契卡洛夫机组驾驶着滑翔比极高的单发动机多座飞机安特-25（АНТ-25，又称 РД），从莫斯科出发，飞越北极后，抵达加拿大的温哥华。 在63 小时之内不着陆连续飞行 9,130 公里，创造了三十年代中苏联又一项伟大的远航飞行记录。
ANT-25
尽管斯大林的所谓“肃反”运动给航空工业造成了难以估量的负面影响，但苏联的航空科研与生产依然在进步中不断发展。苏联政府甚至对业内人士提出了“飞得更高、更远、更快！”的口号。