1950年10月28日，由空军第4混合旅改编而成的空军歼击第4旅在辽阳成立。同年10月31日，奉中央军委命令，空军部队番号名称由旅改师，空4旅正式更名为空4师。 在辽阳集结待命期间，空4师接收了苏联空军驻辽阳的1个米格-15歼击机师（别洛夫师）装备并进行改装训练和作战准备。空4师辖第10、12两个团，全师共有人员2000余人，其中飞行员63名，装备米格-15喷气式驱逐机60架、雅克-12通信飞机2架。 1950年12月4日，空军正式向空4师下达了参加抗美援朝的作战命令，要求空4师以大队为单位组织进驻安东（丹东）浪头机场。在抗美援朝作战中空4师表现异常英勇，在两年零八个月的时间里，空四师先后五次入朝作战，出动4122架次，空战69次，担负掩护志愿军后方的交通运输线和重要目标的任务，同优势明显的美国空军进行了艰苦卓绝的战斗。 1956年3月30日，全军统一编制序列，鉴于空四师战功卓著，又曾是人民解放军空军的第一支部队，经中央军委批准，被授予“中国人民解放军空军第一师”这一特殊荣誉番号。至此，“空一师”番号在空缺6年后，终于有了最终的归属。
