Dne 1. října 1950 začalo v Shenyangu formování 3. stíhací letecké brigády (IABR) letectva Čínské lidové osvobozenecké armády (ČLOA), tvořené 7., 8. a 9. stíhacím leteckým plukem (IAP). Personál byl získán z absolventů 4., 5. a 6. letecké školy, kteří dorazili v posledních deseti dnech měsíce a okamžitě zahájili intenzivní výcvik.

Dne 28. října dorazila do Liaoyangu ze Šanghaje rozpuštěná 4. smíšená letecká brigáda. Na základě jejího bývalého 10. IAP byla vytvořena nová 4. IABR. Současně Ústřední vojenská rada rozhodla změnit tabulkové složení leteckých brigád ČLOA ze tří pluků na dva. 7. IAP byl přejmenován na 12. IAP a převeden ke 4. IABR, zatímco dosavadní 8. IAP se stal 7. IAP.

Dne 31. října 1950 byla 3. IABR přeznačena na 3. leteckou divizi (AD) letectva ČLOA a 4. IABR na 4. AD. Divize byla vybavena 59 proudovými stíhačkami MiG-15 s motory RD-45F a dvěma Jaky-12, předanými ze sovětských leteckých jednotek rozmístěných v Číně. Pluky 3. AD měly dohromady 3 183 příslušníků, z toho 59 pilotů a 280 leteckých techniků.

Do konce srpna 1950 vzniklo v Shenyangu čínské středisko přeškolování pilotů. Bylo do něj vysláno pět až šest zkušených pilotů ze tří pluků sovětské 151. gardové stíhací letecké divize (GIAD), umístěné na letišti Shenyang. Piloti 3. AD se ve středisku cvičili na MiGu-15 až do dubna 1951. Další výcvik probíhal na letišti Anshan, kam byla 151. GIAD přesunuta.

Dne 15. března 1951 bylo v Antungu vytvořeno velitelství letectva čínských lidových dobrovolníků pro spolupráci s letectvem Korejské lidové armády a následně na jeho základě vzniklo velitelství čínsko-severokorejské Sjednocené letecké armády (UAA). Její počáteční sestavu tvořilo pět leteckých divizí, včetně 3. a 4. AD letectva ČLOA, a od 25. dubna 1951 velitelství řídilo bojovou činnost leteckých jednotek.

Dne 20. října 1951 se 3. AD s 50 piloty a 50 MiGy-15 přesunula na předsunuté letiště Antung, aby vystřídala zde umístěnou 4. AD letectva ČLOA. Od 22. října do 2. listopadu byly pluky divize připravovány k bojové činnosti pod vedením pilotů sovětské 324. IAD 64. stíhacího leteckého sboru protivzdušné obrany.

Dne 2. listopadu svedli piloti 7. IAP první vzdušný boj s nepřítelem a 4. listopadu dosáhli prvních vzdušných vítězství. 9. IAP vstoupil do boje až 8. listopadu a následujícího dne zaznamenal první vítězství.

Od 11. prosince 1951 do 13. ledna 1952 bylo hlavním úkolem divize krýt piloty 6. a 14. AD letectva ČLOA, které byly začátkem prosince přesunuty do Antungu. Dne 14. ledna 1952 byla 3. AD stažena z bojové činnosti do týlu k odpočinku a obnově sil a její místo zaujaly stíhačky 4. AD.

Během tohoto období provedli piloti 3. AD letectva ČLOA 2 318 bojových vzletů, zúčastnili se 21 skupinových vzdušných bojů a sestřelili nebo poškodili 64 letounů OSN. Vlastní ztráty činily 16 sestřelených a sedm poškozených MiGů-15.

Druhá fáze účasti 3. AD v korejské válce začala 1. května 1952. Divize byla znovu nasazena na frontu, obvykle jako náhrada za 4. AD, a 10. května zahájila aktivní bojovou činnost. V polovině května ztratila 3. AD při vzdušném boji nad vlastním letištěm pět MiGů a dva piloty, načež téměř na měsíc přerušila bojovou činnost, aby analyzovala příčiny incidentu.

V září a říjnu 1952 byly pluky divize konečně vybaveny modernějšími MiGy-15bis s motorem VK-1 a následně se staly významnými účastníky listopadových bojů. Dne 25. ledna 1953 byla 3. AD letectva ČLOA stažena z bojové činnosti k doplnění a reorganizaci.

Během tohoto období provedli piloti divize 338 bojových vzletů a svedli 31 vzdušných bojů, v nichž sestřelili 32 nepřátelských letounů a dalších 18 poškodili. Vlastní ztráty činily 27 sestřelených a 11 poškozených MiGů a 12 pilotů.

Po návratu do Shenyangu koncem ledna dostala 3. AD za úkol protivzdušnou obranu měst v severovýchodní Číně, kterou zajišťovala až do ukončení bojů v Koreji dne 27. července 1953. Od února do dubna 1953 provedli piloti divize dalších 55 vzletů a zúčastnili se čtyř vzdušných bojů, přičemž ztratili jeden letoun.

Dne 5. července 1953 byla navíc jedna letka ze 7. IAP a jedna z 9. IAP, celkem 17 pilotů, společně s jednou letkou 12. AD vyslána k přeškolení pro létání za obtížných povětrnostních podmínek s cílem později vytvořit samostatný letecký pluk. Výcvik této skupiny byl považován za dokončený do konce léta a 10. srpna 1953 začala příprava celé 3. AD na létání za obtížných povětrnostních podmínek.

Piloti 3. AD letectva ČLOA dosáhli během korejské války nejlepších výsledků v celé UAA: sestřelili nebo poškodili 114 letounů OSN, z toho 58 připadlo na 7. IAP a 56 na 9. IAP. Vlastní ztráty činily 44 sestřelených a 19 poškozených MiGů a 18 padlých pilotů.

Nejúspěšnějším stíhacím pilotem divize i celé UAA byl kapitán Zhao Baotong, velitel 3. letky 7. IAP, který sestřelil sedm nepřátelských letounů a další dva poškodil. Další tři piloti divize a také velitel 9. IAP major Wang Hai se stali leteckými esy a dosáhli hranice pěti vzdušných vítězství.
