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 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. Dne 31. října byla 4. IABR přeznačena na 4. leteckou divizi (AD) letectva ČLOA a 3. IABR na 3. AD.

4. AD dokončila formování v polovině listopadu 1950 a tvořily ji 10. a 12. IAP. Pluky měly tři letky po deseti osádkách a obdržely proudové stíhačky MiG-15 s motory RD-45F předané ze sovětských leteckých jednotek rozmístěných v Číně.

Koncem srpna 1950 bylo v Shenyangu zřízeno čínské středisko přeškolování pilotů. Bylo do něj vysláno pět až šest zkušených instruktorů ze tří pluků sovětské 151. gardové stíhací letecké divize (GIAD), umístěné na letišti Shenyang. Piloti 12. IAP se zde cvičili na MiGu-15 až do ledna 1951.

V polovině ledna byl pluk přesunut na předsunuté letiště Antung, kde byl od 21. prosince předchozího roku umístěn 10. IAP. Od 17. ledna do 3. února 1951 se létající personál 12. IAP připravoval k bojové činnosti a poté nastoupil do služby jako náhrada za 10. IAP.

Dne 10. února uskutečnil pluk první bojovou misi společně se sovětskými piloty 28. gardového IAP (GIAP) 151. GIAD. Mise skončila havárií čínského MiGu při přistání. Let 11. února proběhl bez kontaktu s nepřítelem a 12. února následovaly další tři havárie.

Mimořádně neúspěšný začátek bojové činnosti 12. IAP a rychle se zhoršující počasí vedly k tomu, že po 12. únoru již čínští piloti další bojové mise nelétali. Dne 2. března 1951 byly oba pluky 4. AD staženy do Liaoyangu k doplnění a dalšímu leteckému výcviku, čímž skončila první fáze čínské účasti v korejské válce.

Od prosince 1950 do března 1951 provedli piloti 4. AD 145 bojových vzletů a zúčastnili se šesti vzdušných bojů. Sestřelili jeden letoun OSN a dva další poškodili za cenu dvou MiGů a jednoho pilota. Další čtyři stíhačky 12. IAP byly ztraceny při haváriích i s piloty.

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.

Na jaře a v létě 1951 věnovalo velení UAA většinu času leteckému výcviku. Od 5. do 9. července byl 12. IAP přesunut do Antungu k vyhodnocení výsledků cvičení. Pluk uskutečnil několik seznamovacích letů se sovětskými piloty 324. IAD; při jednom z nich došlo k další havárii, při níž zahynul velitel 12. IAP. Poté se 4. AD až do podzimu 1951 bojové činnosti neúčastnila.

Dne 12. září 1951 byla 4. AD s 55 MiGy-15 a 56 piloty znovu přesunuta do Antungu. Pluky divize byly připravovány k boji pod vedením létajícího personálu 64. stíhacího leteckého sboru protivzdušné obrany (IAK PVO). Dne 20. září zahájili čínští piloti bojovou činnost a 25. září svedli první vzdušný boj.

Po 16. říjnu již divize další bojové mise nelétala a 20. října byla stažena do týlu na svou stálou základnu Shenyang. V Antungu ji vystřídaly pluky 3. AD letectva ČLOA.

Piloti 4. AD provedli v tomto období celkem 508 bojových vzletů a zúčastnili se deseti skupinových vzdušných bojů, v nichž sestřelili 20 letounů OSN a dalších deset poškodili. Vlastní ztráty činily 14 stíhaček a čtyři piloty.

Dne 16. ledna 1952 byla 4. AD letectva ČLOA znovu přesunuta do Antungu a vystřídala zde 3. AD. Začátkem února zahájila aktivní bojovou činnost společně s 6. a 14. AD letectva ČLOA, rovněž vyzbrojenými MiGy-15, které dorazily na frontu koncem předchozího roku.

V květnu 1952 byla divize opět stažena do týlu k odpočinku a reorganizaci a její místo obvykle přebíraly stíhačky 3. AD. Toto období trvalo poměrně dlouho a teprve na jaře 1953 dostala 4. AD rozkaz k návratu na frontu.

Tentokrát pluky divize operovaly z letiště Antung až do ukončení bojů v Koreji 27. července 1953. V závěrečné fázi války na jaře a v létě 1953 bojovali ve Sjednocené letecké armádě piloti šesti divizí letectva ČLOA – 4., 6., 14., 15., 16. a 17. AD.

V srpnu 1952 zahájila 4. AD také výcvik čínských osádek pro noční provoz proudových stíhaček a do konce roku bylo za vycvičené pro noční létání považováno 25 pilotů.

V dubnu 1953 byla skupina osmi pilotů 4. AD s MiGy-15bis přesunuta do Myaogou, kde vytvořila první samostatnou noční letku letectva ČLOA. Letka zahájila skutečnou noční bojovou činnost protivzdušné obrany a prvního vzdušného vítězství dosáhla 30. května 1953.
