次年4月，升任民航总局副局长；2002年5月，被正式任命为中国民航总局局长，成为中国第一个标准的飞行员出身的民航总局局长。在担任领导职务后，杨元元一直坚持在每年节假日时执行航班任务。2008年1月，杨元元在被免去民航总局局长职务的同时，被任命为国家安全生产监督管理总局副局长，并依然享受正部长级待遇。2015年12月，被免去国家安全生产监督管理总局副局长职务。
荣誉.在他担任民航总局局长的五年时间里，是中国民航高速发展的时期。中国民航的管理体制也发生了‘彻底而深刻’的变革。为此，20