刘亚楼一行经哈尔滨、满洲里，抵达苏联境内的赤塔市，在这里换乘一架运输机，飞往莫斯科。从赤塔到莫斯科的航程有5100多公里，途中在新西伯利亚、斯维尔德洛夫斯克各住一夜。这是刘亚楼第一次乘坐飞机，由于身体不适，又因夏季气流不稳，飞机上下颠簸，他在空中呕吐得很厉害。每天一上飞机，先吐食物，后吐黄水，苦不堪言。王弼、翟云英也经常呕吐。当过飞行员的吕黎平便忙前跑后，当起了空中“卫生员”，他同刘亚楼开玩笑说：“你是将来的空军司令，可不能带头呕吐呀！”刘亚楼苦笑着说：“看来这个空军司令真还不好当啊！”说完，又趴在简易沙发床边，“哇哇”地吐。终于苦苦地熬过了3天的折磨，刘亚楼一行于11日下午飞抵莫斯科，下榻于莫斯科郊外的一座疗养院。
第二天上午，刘亚楼的身体还未恢复，走路还有些头重脚轻，就带着王弼、吕黎平来到莫斯科城内中共中央代表团团长住处，见到了刘少奇和王稼祥，将临行前毛泽东主席的指示和拟定的建立空军的初步方案向他们作了汇报。
刘少奇听后，表示同意，随后介绍了他同斯大林等苏联领导人商谈的情况，并说：“要尽快同苏联武装力量部部长华西列夫斯基元帅联系，约定会谈时间，原则商定之后，我就要回国了。王稼祥同志在莫斯科负责筹建中国大使馆，就绪后亦要回国。中央已经决定，9月要举行政治协商会议，讨论通过建国的各项重大问题；10月1日，要举行开国大典，成立中央人民政府。我要回北平参加这个会议和开国庆典。”
说到这里，刘少奇又关切地问：“你们有没有带外汇呀？”当听说没带，他便指示随行人员留下1万卢布，作为刘亚楼一行在苏联期间的活动费用。
8月13日，刘亚楼、王弼和吕黎平随刘少奇、王稼祥来到苏联武装力量部办公大楼，受到华西列夫斯基元帅的热情迎接。
苏方参加会谈的还有空军总司令维尔希宁元帅，主管训练的空军副司令和空军训练部部长。
双方很客气地寒暄几句之后，华西列夫斯基元帅说：“我们已得到斯大林大元帅的指示，由苏联援助中国建立空军，中国方面的设想和意见可以先谈谈。”
刘少奇说：“好。我们党中央已经决定刘亚楼同志出任空军司令员，现在就由他先谈谈吧。”
刘亚楼用俄语首先介绍了我们现有的飞行员、机务人员及其他勤务保障人员数量和飞机数量，飞行员的训练情况和技术状况。还介绍了所掌握的国民党空军的主要情况。接着，详细谈了组建空军的设想和意见。他说：“无论从渡海作战、解放台湾的直接需要出发，还是从巩固国防战略考虑，中国都需要建立一支有战斗力的空军，希望苏联援助我们，在1年之内建立一支由300—350架飞机组成的空军战斗部队。以上就是我们组建空军的初步意见，请苏联同志帮助我们拟出一个开办航校、聘请专家、购买飞机和相应设备的具体方案来，以便共同商定。”
维尔希宁元帅问：“你们对歼击机、轰炸机比例如何计划？哪里机场最多、最便于飞行训练？”
吕黎平回答说：“歼、轰比例是否以2：1较为合适？现在，哈尔滨、长春、沈阳、锦州、天津、北平、济南都有可用于训练的机场，各方面条件都比较好。”
刘少奇说：“方才他们所谈意见，事先报告了毛泽东同志和党中央，因而这也就是我们党中央的空军建军方案。请元帅同志据此意见拟出具体援助计划。”
华西列夫斯基元帅点了点头，说：“听了中国同志的方案，我们有了初步依据。为使援助计划搞得更细一些，建议刘亚楼同志和维尔希宁空军元帅再进行一次详细的会谈。草签一份协议，我们报请斯大林同志批准。刘少奇同志，您对会谈程序有何意见？”
刘少奇回答说：“我同意，元帅同志。我近日将要回国，今后会谈的问题就由刘亚楼同志全权代表了。”
14日，刘亚楼、王弼和吕黎平到苏联空军总部进行第二次会谈。苏方参加会议的人员，除空军总司令维尔希宁元帅外，还有上将副司令、中将训练部长和两名校级军官。苏方又详细询问了我方的现有条件等情况。刘亚楼他们则了解了苏联空军总部的机构设置，航校的体制编制，训练年限、课目、时间，教练机与战斗机种类，飞机维护的主要规程，机场的保障机构与人员编制等。苏方除了喷气式飞机性能和某些属于作战指挥的机密内容外，对其他所询问的内容都作了详细的介绍。
最后，维尔希宁元帅说：“好，情况就是这样了，双方心里都有了数。你们的要求可以得到满足，所提方案可以实现。具体援助计划我们3天之内提出来，到时再请你们来这里商谈。”
自从北平启程，一路颠簸，到莫斯科紧接着两天紧张的会谈，使刘亚楼感到有些疲惫，便决定好好休息3天，静候下次会谈。
18日，刘亚楼他们与维尔希宁元帅举行第三次会谈。维尔希宁元帅提出了一个比较具体的援助计划，与刘亚楼3人商谈，主要内容是：由苏联帮助中国建立6所航校（2所轰炸机航校、4所歼击机航校）及1所飞机修理总厂，卖给中国各型飞机434架，派出专家878名来华协助工作。
刘亚楼认为，这个计划基本上与我方提出的方案相符，党中央指示的谈判目的已经达到，便对维尔希宁元帅说：“苏联方面所订援助计划，我们表示同意。这是国际主义精神的具体体现。为此我以代表团的名义，向斯大林大元帅、苏共中央、苏联政府、苏联武装力量部致以崇高的敬意！对空军元帅同志及由您主持的苏军代表团的负责精神和高效率的工作，表示真诚的敬佩和衷心的谢意。有些具体问题，会后可继续磋商，求得解决。关于购买飞机、器材以及聘请专家的各项经费，请按世界通常价格计算，由我们政府核实结算，将来向苏联政府偿还。”
刘亚楼和维尔希宁元帅分别代表中苏两方在协议上签了字。
自从刘亚楼一行到达苏联，苏方一直待如上宾，会谈也进行得比较顺利。昨日的学生，今日的司令，刘亚楼回想过去在苏联学习时的境遇，不禁感慨万千。
草签协议后，刘亚楼向党中央发电报汇报了会谈情况及协议的内容，建议加速空军筹建工作。
发完电报，刘亚楼对王弼和吕黎平说：“根据我过去在苏联办事的经验，苏联政府批准援助计划，至少还得两个月。这段时间我们可以充分利用，抓紧时间做些参观考察工作，以便更多地积累经验。”
于是，刘亚楼他们经苏方同意参观考察了苏联空军总部、飞行航校、航空工程学院、飞机制造厂、飞行部队基地等。
苏联空军总部的体制是横宽纵短，编制精干，没有闲人。空军总司令和参谋长直接管辖的部门很多。每个部门都职责分明，没有机构臃肿、人浮于事现象。部队的体制也是这样。刘亚楼还请苏空军总部的同志讲了几课。通过参观考察，他们感到收获不小。刘亚楼说：“苏联空军的一些好的制度与做法我们可以借鉴，但他们有些制度和做法我们不能仿效，比如苏军实行一长制，决不能仿效。”
在苏联期间，刘亚楼还打听中国有没有人在苏联空军干技术工作，真还找到一位叫唐铎的湖南人，在乌拉尔山脉以东的一个苏联空军航校任少校军械教员。刘亚楼请他来莫斯科见了面。唐铎听说祖国快要解放，还要建空军很是激动，他虽已加入苏联国籍，也有了眷属子女，但仍想回国参加空军建设。刘亚楼回国后报告了中央，经同苏联交涉，唐铎于新中国成立后回到了祖国，担任了哈尔滨军事工程学院空军系主任。
1949年10月1日，刘亚楼一行4人在我驻苏大使馆筹备处同戈宝权、徐介藩等一起欢庆中华人民共和国成立，大家都无比兴奋和激动，刘亚楼更是归心似箭。
10月5日，华西列夫斯基元帅会见刘亚楼一行，通知说：“援助中国建立空军的协议书，斯大林大元帅和苏共中央已经批准了，我向你们表示祝贺。苏联第一批专家23人已经集中，很快就要出发去中国，如果没有其他问题，你们就可以乘飞机到赤塔，然后改乘火车回国了。”
刘亚楼向华西列夫斯基元帅和维尔希宁元帅表示了最诚挚的谢意。然后，将情况电告党中央。第二天，中央回电刘亚楼：“与友方谈定的一切计划都很好，中央完全同意。”
10月7日，刘亚楼一行启程回国。
在归途中，刘亚楼一行满怀谈判成功的喜悦，热烈地谈论着空军建设的灿烂未来。在飞驰的列车上，刘亚楼顾不得观赏窗外金色的草原秋景，蜿蜒无尽的大兴安岭林海……他手捧报纸，贪婪地阅读着毛泽东在中国人民政治协商会议第一届全体会议上的开幕词：“我们的国防将获得巩固，不允许任何帝国主义者再来侵略我们的国土。在英勇的经过了考验的人民解放军的基础上，我们的人民武装力量必须保存和发展起来。我们将不但有一个强大的陆军，而且有一个强大的空军和强大的海军。”
读到这里，刘亚楼在车厢里站了起来，兴奋地说：“毛主席向全国、全世界宣告，我们要建立一支强大的空军，这是人民空军起飞的动员令啊！太好了，有党中央、毛主席给我们插翅膀，6所新的航校（1949年10月6日，中央军委批准创办6所航校的方案）一定能很快办起来，人民空军一定能很快搏击长空，叫敌人闻风丧胆！”
在刘亚楼心中，一幅波澜壮阔的建设空军的壮美图画展开了……
10月16日，刘亚楼回到北京。毛泽东、周恩来立即在中南海召见了他，听取汇报后，非常高兴。
周恩来笑容满面地说：“中央认为，与苏联签订的援助计划很好。开办6所航校的经费中央给予优先保证，马上拨出。空军领导班子的命令即将下达。选调干部和航空学员的命令，军委已经发出，很快就能集中。看还有什么需要马上解决的问题？”
刘亚楼也显得很兴奋，有过去大仗临头的感觉：“大的问题，中央都给我们解决了，我们就铺开摊子、敲起锣鼓干了。”
在刘亚楼起身告辞时，毛泽东叫住刘亚楼，语重心长地嘱咐说：“亚楼同志，空军的基础如何，起步快慢，关键是看你航校办得怎么样。你的当务之急，首先要选好办校人。这方面有什么困难，可以直接找我。”
刘亚楼立即赶回灯市口同福夹道7号，像战争年代不折不扣执行军委指示一样，他立即向军委航空局的干部传达了毛泽东、周恩来的指示。一时间群情振奋，恨不得立即各就各位，大干一场。
这天晚上，回到宿舍的刘亚楼怎么也睡不着，他亲自设计了一张征求工作分配志愿的表格，要航空局立即印发给在北京的所有处以上飞行、政工干部，填写后送给他，以掌握现有干部的基本情况。第二天他就开始找航空局各方面的负责同志及东北老航校在京的干部谈话，进行考核。
刘亚楼考核了解干部，有一套独特的方法。他在了解了被考核对象的工作经历和对今后工作分配的愿望之后，把重点放在请你介绍你所熟悉的其他干部的情况，而且总要问：“他最善于做什么工作？为什么？他在实际工作中最突出的成绩是什么？用什么方法做出来的？他最不会做什么工作？为什么不会做？”最后，还要问：“假如你来提工作分配意见，他担任什么最合适？”这“三最一假如”式的提问，常常使被询问者思索良久才能回答。刘亚楼不急不忙，让你边思考边谈。
许多当年被刘亚楼找去谈话、考核过的同志，在30多年之后仍对他这种考核了解干部的方法记忆犹新。有的同志回忆说：“自参加革命以来，经常碰到考核了解干部的谈话，不外乎介绍优缺点。可刘亚楼同志考核了解干部的方法，却有他鲜明的特点。我们后来走上师、军领导岗位，也仿效了刘亚楼同志考察干部的这些好方法，效果均很好。他的提问内容，能了解干部的主要特长和所具有的已被实践证明了的才干，能掌握干部的最大弱点，也能从‘民意测验’中明白干部的适任职务。同时，还可以从中考察出被询问者的思想水平、分析能力、工作标准等。刘亚楼同志善于用人所长和优异的组织能力、领导水平，从中可见一斑。”
刘亚楼提出航空学校缺乏得力的政工干部，希望主席关照。毛泽东为此专门指示总部，在全军范围内挑选最适当的人选，担任航校政治委员。航校缺少政治教员，刘亚楼又向党中央、毛泽东写报告，建议从北京高等学校选调18至24名政治教员给6个航校。毛泽东第二天就做出批示：“同意这样调人，请安子文、陆定一、刘亚楼会议一次，决定调人办法，由安子文召集。”
10月24日，苏联派往我国帮助筹建航校的第一批专家23人到达北京；25日，中央军委正式任命刘亚楼为空军司令员，第十三兵团政委萧华任空军政委兼政治部主任，第十七军军长王秉璋为空军参谋长。
不久，20架苏制雅克—12型军用战斗飞机，作为第一批交货的空军装备，加入到中国人民解放军空军的行列。
8月19日，由参谋处长何廷一、组织部长王平水率领第四野战军第十四兵团机关2515人从武汉抵达北平，与军委航空局合署办公。至此，空军的框架已经搭成。11月11日，中国人民解放军空军正式成立，原军委航空局取消，航空局局长常乾坤为空军副司令员兼训练部长，航空局政委王弼为空军副政委兼工程部长。在10月30日下午刘亚楼召开的第一次空军干部会议上，他就对到达的航校校长及政委下达了军令：
“解放台湾和沿海岛屿急需空军，党中央、毛主席殷切期望培训战斗飞行员，越快越好，越多越好！因此，你们受命开办航校要只争朝夕，一天一个小时也不能拖后。从今天军委下达命令开办6所航校到全部建成办学，按通常的时间起码要三四个月，但现在给大家的筹备时间只能是一个月，也就是12月1日必须全部开学！”
此话一出，校长政委面面相觑，一副为难的样子。然而，刘亚楼的话像锤子一样砸下来：
“是啊，在一个月内，在几乎一无所有的条件下，使近千人的现代航校开学，困难很多，困难如山啊！同志们，我们是新中国第一代开天人，是空军的创业人。困难即使像山高，我们也要横下一条心把它搬走。困难即使像海一样深，我们也要迎着风浪上，把它填平！有铮铮铁骨的共产党人，应该有勇气，有魄力，创造世界空军建军史上第一流的速度。12月1日按规定时间开学的是英雄，拖延开学日期的是狗熊。你们究竟是英雄还是狗熊，12月1日见分晓，散会！”
刘亚楼的部下们，这些久经沙场的指挥员们就像钉子一样，被刘亚楼的重锤一敲，一步一个脚印，没有一个含糊的。6所航校全部在12月1日开学。
这就是刘亚楼的性格，也是他带给空军的风格。