九一八事变后，社会各界都在呼吁国民政府早日对日宣战，出兵收复东北，国民政府对于日本的政策也在逐渐发生改变。

到了第二年，淞沪抗战爆发后，国民政府强硬表态：“夫日本所以继续使用此等暴力政策，且进而愈厉，（国民政府）决不以尺土寸地授人。”

在这两次事件中，蒋介石注意到了空军的作用，这也是与日本人交战后的血的教训。于是，1933年，蒋介石即命令周至柔前往欧美，考察欧美各国的航空技术。

而对于周至柔而言，当时最重要的就是学习英语了。因为此前的周至柔对于儒家经典，特别是经史子集最感兴趣，对英语这个时髦、新颖的语种不甚注意。此时为了方便在考察时与洋人交流，周至柔只能恶补外语知识。

就这样，等到1934年周至柔归国后，他已经成为当时国民党内为数不多的熟悉空军的将领了。

当时周至柔向蒋介石陈述道：“未来战争必有飞机参战，中国民众需深入了解飞机，才能谋全民族的自卫。”

后来周至柔的搭档，同样考察过欧美七国航空建设的毛邦初将军，更是直言道：“查各国鉴于空中武力在未来战争上地位重要，对于空军均极谋发展。”

因此，1934年5月，蒋介石成立了全国航空建设会，自兼委员长，任命周至柔为常务委员。同时，周至柔还被任命为中央航校校长，负责在杭州笕桥训练飞行员。

周至柔的到来，给当时中国的空军事业翻开了新的一页。

周至柔刚刚到任的时候，很多军校同僚都瞧不上他，说陆军军官出身的家伙，哪里懂得摆弄飞机这么时髦的东西？

为了服众，周至柔决定给他们露一手。

在学会了飞行以后，周至柔每日勤学苦练，然后通知军校里所有教官和学员集合，亲自驾驶着飞机，完成了一个又一个高难度动作。要知道，当时的周至柔已经快40岁了，而飞行员的身体素质要求非常高，40岁的人基本上早就退役了。

后来，周至柔还先后出版了《国防与航空》、《世界空军军备》两本书，前者记录的是他考察欧美等国的所见所闻，后者介绍了当时世界各国空军的发展现状。对于当时的中国空军而言，这都是极其难得的书籍，因而后来被定为教材加以使用。

飞行员努力教可以教好，可没有飞机怎么办呢？周至柔决心要采购飞机来充实空军。

此时的中央空军刚刚成立两年，其实力甚至还不如广东空军，例如在此前的一二八事变中，中央空军因为实力有限，不得不向广东空军借兵。

当时中国用的飞机，可以用五花八门来形容，各国的都有。由于宋子文卸任财政部长，孔祥熙上任后，决心要切掉中国空军与英美的关系，与意大利合作。周至柔早在欧洲考察时，就得知意大利的飞机质量虽然好，但意大利人可能不会专心帮助中国发展空军，而中国此前用的美国战机也是相当不错，比较权衡之下，周决定购买美国的霍克三型飞机。

因此，周至柔找到了宋子文，希望他出面，帮助中国购买一批美国的霍克三型战机，以替代老式的霍克二。

周至柔选择的这个时机非常好，那时候正值蒋介石五十大寿，空军在筹办献机庆典时期，周至柔极力与宋子文、孔祥熙，以及当时实际掌控空军事务的宋美龄进行劝说后，最终得到了一批霍克三型战机，极大地增强了当时中国空军的战斗力。

也正因如此，在1937年淞沪会战爆发后，刚刚成立五年的中国空军，得以与日本陆海军航空兵一战，并且取得了八一四空战大捷等杰出的胜利，周至柔是功不可没的。甚至可以说，如果没有周至柔在空军的努力，中国的抗战大业将会更加艰难。

1946年，国民政府成立空军总司令部，周至柔就是众望所归的第一任空军总司令，堪称中国空军的重要创建人。