Năm 2003, Cục Hàng không Dân dụng Việt Nam đầu tư gần 40 tỷ đồng nâng cấp sân bay, gồm xây dựng mới nhà ga 2 tầng, diện tích 2.452 m2, có khả năng phục vụ hơn 200 lượt khách/giờ, mở rộng và nối dài đường băng sân bay 30 m x 700 m, nâng tổng chiều dài đường băng hiện hữu lên 2.100 m đáp ứng loại máy bay có tải trọng chở 80 khách.[2]

Năm 2003 cũng có một dự án đầu tư 1.200 tỷ đồng nâng cấp sân bay Phú Quốc, bao gồm kéo dài đường băng lên 3.000 m, xây dựng sân đậu máy bay, lắp đặt hệ thống thông tin tín hiệu để nâng công suất của sân bay này từ hơn 100.000 lên 1-2 triệu hành khách/năm. Sau khi nâng cấp, sân bay có thể tiếp nhận máy bay cỡ trung. Dự kiến ban đầu nếu được thông qua sẽ khởi công dự án vào năm 2004.[3] Tuy nhiên dự án này không được tiến hành mà được thay thế bằng dự án xây dựng sân bay mới với tổng vốn đầu tư dài hạn hơn 16.200 tỷ đồng.[4]