Sau cuộc trưng cầu dân ý tháng 10 năm 1955, Thủ tướng Ngô Đình Diệm tuyên bố thành lập Việt Nam Cộng hòa. Lực lượng Không quân Quốc gia Việt Nam cũng được đổi tên thành Không quân Việt Nam Cộng hòa. Thiếu tá Trần Văn Hổ, đương kim Phụ tá Không quân, được thăng Trung tá, và trở thành Tư lệnh đầu tiên của Quân chủng Không quân Việt Nam Cộng Hòa.

Năm 1957, theo chương trình hợp tác viện trợ, một phái đoàn Không quân Hoa Kỳ sang nghiên cứu tình hình để soạn thảo kế hoạch huấn luyện cho Không quân Việt Nam Cộng hòa. Nhiều sĩ quan, hạ sĩ quan được tuyển chọn sang tu nghiệp tại các trường Không quân Hoa Kỳ. Các phi trường Tân Sơn Nhất, Biên Hòa, Đà Nẵng được xây dựng mở rộng. Trung tâm Huấn luyện Không quân Nha Trang cũng được xây dựng quy mô hơn, nhằm đào tạo tại chỗ các khóa hoa tiêu và quan sát viên, và các khóa đào tạo chuyên viên để bổ sung cho các đơn vị.

Tháng 9 năm 1959, một Phi đội đầu tiên gồm 6 phi cơ A-1 Skyraider (Thiên tướng) được Hoa Kỳ chuyển giao cho Không quân Việt Nam Cộng hòa. Sau đó trong vòng 1 năm có thêm 25 chiếc Skyraider khác được bàn giao tại Căn cứ Không quân Tân Sơn Nhứt. Năm 1960, Phi đoàn 1 Khu trục cơ được thành lập và bắt đầu hoạt động từ Bến Hải đến Cà Mau để yểm trợ cho Bộ binh Việt Nam Cộng hòa[7]

Năm 1961, chương trình trợ giúp của Hoa Kỳ có tên Farm Gate đã đưa các loại phi cơ cánh quạt huấn luyện T28, Oanh tạc cơ hạng nhẹ B26 và vận tải cơ C.47 cùng khoảng 124 sĩ quan và 228 quân nhân Hoa Kỳ sang giúp huấn luyện. Các hệ thống hướng dẫn và kiểm soát không lưu được thiết lập tại các phi trường Tân Sơn Nhứt, Đà Nẵng và Pleiku[8]. Liên đoàn 1 Không vận đầu tiên được thành lập với Trung tá Nguyễn Cao Kỳ được chỉ định làm Liên đoàn trưởng. Hoa Kỳ cũng trao cho Không quân Việt Nam Cộng hòa thêm 16 Vận tải cơ hạng trung C.123 trong tháng 12 năm 1961.

Ngày 26 tháng 2 năm 1962, hai phi công Phạm Phú Quốc và Nguyễn Văn Cử trên đường bay huấn luyện đã đột ngột bay trở lại dội bom mưu toan giết chết Tổng thống Việt Nam Cộng hòa Ngô Đình Diệm. Ngay lập tức Tổng thống Ngô Đình Diệm ra lệnh đình chỉ vô hạn định các phi vụ chiến đấu[9]. Cũng vì lý do này mà đương kim Tư lệnh Không quân là Đại tá Nguyễn Xuân Vinh bị thất sủng, phải xin giải ngũ với lý do sang Hoa Kỳ học ngành Tiến sĩ Không gian.

Năm 1962, các đơn vị Không quân tác chiến và Yểm trợ tác chiến được tăng lên cấp Không đoàn tại mỗi vùng Chiến thuật: Không đoàn 41 (căn cứ ở Đà Nẵng), Không đoàn 62 (Pleiku), Không đoàn 23 (Biên Hòa), Không đoàn 33 (Tân Sơn Nhất), Không đoàn 74 (Cần Thơ)[10]