1948年，刘亚楼任东北野战军和东北军区参谋长、中共中央东北局委员，协助林彪、罗荣桓组织实施辽沈战役和入关行动。平津战役中，任天津前线指挥部总指挥，指挥进攻天津，经29小时激战，俘国军司令陈长捷。1949年3月，刘亚楼任第四野战军参谋长；同年4月，刘亚楼改任第四野战军第14兵团司令员、中共中央华中局委员，率部进军中南。1949年5月中旬，刘亚楼突然被毛泽东告知，中共高层意向由他负责组建空军。1949年8月，刘亚楼率领代表团赴苏联争取援建解放军空军，8月24日与苏联达成协议帮助解放军创办航校6所，航校配备飞机434架，援华专家878名，1年速成毕业飞行员350至400名计划编成3个师，已经训练出的110名飞行员再经半年改装和战斗课目训练组建1个战备值班的混合航空兵师。