4月6日靶6飞机改由北京航空学院承担研制和生产。1964年10月13日，国防科委决定靶6飞机由北航负责设计，南昌飞机厂负责壳体和全机总装。
4月29日空军航空兵中队长张金堂驾驶国产歼6飞机，在广西南宁击落1架美国无人驾驶高空侦察机。
4月历时9个月的空投原子弹模型试验任务圆满完成，西安飞行试验研究所、西安飞机设计研究所等航空工业单位参加了试验，共飞行30多个起降，解决了定原子弹外形、定原子弹弹型系数、精确测定舱内投放轨迹和测试舱外投放轨迹等重要课题。
5月25日国务院、中央军委决定对三机部实行军事管制，陈华堂任军事管制委员会（简称军管会）主任，周洪波、朱群任军管会副主任。中共中央、国务院、中央军委、中央文革领导小组颁发《关于对国防工业部实行军事管制的决定（试行草案）》，规定：“军管会在国务院和中央军委的领导下，对部（委）的各项工作实行统一领导。部属单位无论是否实行军管的，均受部军管会的领导；分散在各地的单位，同时受所在地革命委员会或军区领导，但有关生产、运输调度业务，必须服从部军管会的集中指挥。”此后，各航空厂所、院校陆续实行军管。
6月17日南京航空降落伞厂研制的中国第一代核试验伞配合中国第一颗氢弹空投成功。4月4日国家鉴定试验领导小组批准该伞设计定型。这是中国首次自行设计的重型投物伞，1979年荣获国家质量金质奖。
6月26日海军航空兵副大队长王柱书、飞行员吕纪良驾驶国产歼6飞机轮番攻击，在海南岛榆林地区上空，将入侵的1架美军F-4C型“鬼怪”战斗机打得凌空爆炸。
7月6日国防科委和空军派出军事管制委员会，对航空研究院实行军事管制，罗野岗任军管会主任，翟佑民、李若平任军管会副主任。
7月22日全国武斗成风，航空工业厂所也卷入其中。沈阳、哈尔滨、西安、成都、南昌等地航空万人大厂几乎成为当地武斗的主力。
7月27日三机部写报告给外贸部，建议购买英国2台民用斯贝涡轮风扇发动机，3台法国透默ⅢC3涡轮轴发动机，1台JT8D-1涡轮风扇发动机，并连同必要的关键零备件。
8月21日空军中队长韩瑞阶、副中队长陈凤霞驾驶歼6飞机，在广西板兴地区上空各击落1架美国入侵的A-6A型攻击机。
8月国产轰5轰炸机开始装备空军航空兵部队。1967年4月定型投入成批生产。
9月8日空军地空导弹部队首次使用沈阳飞机厂制造的红旗2导弹在浙江嘉兴地区上空，击落台湾当局窜入的1架U-2型高空侦察机。
9月10日全国人民代表大会第一、第二、第三届代表，著名航空仪表专家，西安航空仪表自动器研究设计所副所长兼总工程师昝凌，遭受迫害致死，时年55岁。
9月22日聂荣臻报送《关于国防科研体制调整改组方案》，提出：拟将中央批准接管的国防科研单位调整为18个研究院，原来没有研究院，这次通过调整将分散在各方面的有关研究所、室按任务及专业集中起来，形成拳头，组成新的研究院；要积极解决国防科研单位的试制加工力量，缩短研制周期。报告还提出具体的接管步骤。10月25日，毛泽东在聂荣臻上报的此份报告上批示：“很好，照办。”据此，航空研究院正式从三机部划归国防科委领导。
10月29日周洪波任三机部军管会主任。
11月5日沈阳飞机厂厂长陆纲，遭受迫害致死，时年54岁。陆纲曾任哈尔滨飞机厂厂长，是航空工业的优秀厂长。
11月15日西安飞机设计研究所、北京航空材料研究所、西安飞行试验研究所和西安飞机厂等21家单位顺利完成轰6飞机运载大当量核弹安全性研究。3月23日完成地面核爆炸时的模拟试验，11月15日完成空测和地面光辐射效应两个方面的试验，取得全部数据。
12月空军司令员吴法宪等决定运5飞机停产。至此，累计生产运5飞机基本型和各种改型机727架。
12月红外型空空导弹控制系统——自由度模拟设备，由洛阳空空导弹研究所研制成功。该设备已用于霹雳2控制舱对称试验、霹雳3和霹雳5乙靶试前的条件试验、兰空16号控制系统模拟试验以及红鹰5等导弹的半实物模拟试验。
12月西安飞行试验研究所建成模拟高空低气压环境的大型地面试验设备低压舱。该舱可模拟气压高度40千米（气压2．18mmHg[1]），舱内有效容积7米3，性能优良，用于飞行员个体防护装备和航空生理方面的试验研究。
本年度“文化大革命”对生产、科研、基本建设和教育的破坏已经显露出来。
至1967年底，部属企业86个，事业单位51个，职工人数244017人。固定资产原值236097万元；全年工业总产值66066万元，其中民品产值3693万元；交付飞机462架，发动机1411台，导弹227枚；销售收入50828万元；科研试制费3132万元；毕业生5115人，其中大学本科生1100人、中专生1984人、技校生2031人，大部分推迟到1968年分配。
1968年
1月1日航空研究院改由国防科委领导。
1月6日第三届全国人民代表大会代表、杰出的飞机设计师、西安飞机设计研究所副所长兼总设计师徐舜寿，遭受迫害致死，时年51岁。徐舜寿被誉为“中国飞机设计的一代宗师”。
2月9日—3月10日三机部军管会在北京召开“抓革命，促生产”会议。粟裕将军于2月12日、3月8日两次到会讲话。
2月11—12日周恩来总理听取航空工业问题汇报，并询问了直升机、歼8、轰6飞机的试制生产情况和“三线”建设、南昌飞机厂的情况，强调要发挥一线工厂的作用。周总理指出：“国防工业备战，必须抓紧常规武器的建设。关于飞机，主要是抓战斗机，要越级上升，要赶超。运输机很重要，转移要靠有很多运输机，要抓紧。轰炸机要有一定数量……不如歼击机、运输机重要。”
2月16日国防科委下达命令，授予原三机部六院番号，称中国人民解放军第六研究院；院属第一研究所番号，称中国人民解放军601研究所，其他所依此类推。
3月2日三机部在湖北荆门成立水上飞机设计研究所。
3月5日空军和航空工业联合成立歼8飞机试飞领导小组，领导小组由空军常乾坤、黄炜华，三机部刘增敏，航空研究院曹丹辉、苏国华等组成。常乾坤任组长。
3月20日三机部在长沙正式组建涡轮轴发动机研究所，首任所长禹永新，党委书记马良伍，技术负责人董秉虔。后迁至株洲。该所主要研究开发中小型航空发动机、直升机减速传动系统等。
3月20日航空救生设备研究所成立。该所研制生产多种火箭弹射救生座椅等。
3月23日航空研究院成立临时革命领导小组，由12人组成，曹丹辉任组长。1969年8月，经军委办事组批准，重新成立临时革命领导小组，院军管会主任杨劲（空军派来）兼任组长。10月成立党的核心小组，杨劲任组长。
3月三机部在杭州成立机载雷达研究所，先以洛阳空空导弹研究所雷达研究室和十院10所204雷达型号线两部分为基础组建。8月改址四川内江，利用原北京工业学院西南分院旧址建设。
4月1日原教育部直属北京教学仪器厂正式划归航空研究院，改建为北京航空测试设备厂。1984年改为研究所，名称为北京航空测试技术研究所。
4月16日上海市仪表局所属的上海市无线电技术研究所划归航空研究院，三机部正式组建航空电子设备研究所。
4月南京航空学院开始研制“长空”1号中、高空靶机。
5月11日国防科委、国防工业军管小组和国防工办联合下达《关于国防系统计量体制的决定》。决定建立统一的国防系统计量网，作为国家整个计量体系的一个分支。国防系统计量体制由一级计量机构、区域计量站及厂所基层计量室三级组成。计量检定所负责国防系统长、热、力的计量工作。
6月12日空军党委以《对关于“三五”期间我国飞机发展问题的建议的几点意见》的报告，送军委办事组并国防科委。称：在指导思想方面，“打破常规，尽量采用世界最新的科学技术成就……必须综合利用外国航空科研成果，创造自己的道路，寻取捷径，以掌握主动权。”建议：1．尽早解决垂直/短距起降战斗机的问题，把全国各地都变成“活基地”，使敌人攻不胜攻，防不胜防。2．补充两点具体意见：除了要飞得高、快、远外，注重飞机的灵活性和进攻性；在发展高、中空兵器的同时，也要适当注重发展低空高性能飞机。7月，毛泽东、周恩来等批准军委办事组转报空军关于“三五”期间飞机生产、科研的几点意见。12月24日此文转发，一时成为航空工业生产、科研的“纲领”。
7月15日三机部上报关于贯彻执行“靠山、分散、隐蔽”六字方针的初步调研总结报告，并下发征求意见。这个报告是针对“三线”地区对建设问题发生严重分歧而做出的。
报告指出，1966年2月“以隐蔽为中心”的指示，以及3月以后部领导决定将20万米2施工设计图推倒重来，重新选择4个厂址，改变12个工厂的总图布置，就地分散，并普遍推广“镶、嵌、埋、贴、座”等隐蔽措施，开挖大量土石方等做法，严重影响了建设进度，浪费了大量国家资财，致使一批工厂的布局和总图布置过度分散，给生产和职工生活造成了长期不合理的后果。
报告认为，“三线”建设必须坚决贯彻六字方针，但也要从实际出发，区别对待，和建设速度、生产条件、经济合理、工农关系等方面有机结合起来，达到“多、快、好、省”的目的。
8月北京航空学院在分析美国147H火蜂高空无人侦察机残骸的基础上，开始研制国产无人机，后命名为无侦5飞机。
9月4日四川航空发动机设计研究所副所长、著名的航空发动机专家董绍庸，遭受迫害致死，时年52岁。
9月三机部部属各厂所先后成立“革命委员会”，开始开展“清理阶级队伍”运动。
10月25日三机部机关新的工作班子——三组一室（政工组、生产组、后勤组、办公室）正式成立并开始集中办公，部机关大部分干部被排斥在外。原各司局、厅和政治部等机构一律停止工作。1969年2月1日正式启用新印章。
10月西安飞行试验研究所改装的空中弹射救生试验机试飞成功。该试验机于1966年3月用轰5飞机开始改装，1968年8月改装完成，是中国首次改装的弹射救生飞行试验研究用的专用试验机。它可在高度800~5000米、速度400~680千米/小时的范围内，进行飞行状态下的弹射试验，也可进行地面滑跑弹射试验，能解决高空救生和航空医学方面的许多课题。
11月6日三机部军管会周洪波签发上报国防工办《关于将中技校、技工学校改为工厂的报告》，批判“从学校中培养工人的道路”，是“少，慢，差，费的办法”，今后“主要走从生产实践中培养的道路”。
11月13日中央军委批准海军党委11月2日《关于安排落实水轰5研制、生产问题》的报告。12月，由荆门水上飞机设计研究所所长王洪章主持水轰5飞机设计工作，哈尔滨飞机厂试制。1970年完成总体设计，1971年试制出第一架飞机。该机是中国自行研制的全天候、亚声速、反潜飞机。
12月24日西安飞机厂试制的高亚声速中型轰炸机轰6甲首飞成功，试飞员李源一。1969年转入成批生产。1969年2月开始装备空军部队。该机总重76吨，是当时中国生产的最大吨位的飞机。
12月28日轰6飞机在陕西飞机结构强度研究所通过全机静力试验。这是中国首次进行的大型飞机全机悬空破坏试验。
12月沈阳航空发动机设计研究所、沈阳航空发动机厂试制的涡喷7乙发动机装用于歼7飞机试飞成功。该发动机由涡喷7甲改进而成，这为涡喷7甲装歼8试飞奠定了基础。
12月北京航空材料研究所建立起中国金基合金体系，航空用贵金属合金开始基本立足于国内供应。
12月北京航空工艺研究所研制成功1台外插补数控立式铣床。这是当时国内具有生产使用价值的第一台数控铣床。
本年度是历史上经济效益最差的一年。
至1968年底，部属企业87个，事业单位41个，职工人数291594人。固定资产原值238710万元；全年基建投资9782万元；工业总产值51863万元，其中民品产值2919万元；交付飞机317架（其中援外飞机90架），发动机615台，导弹34枚；全行业亏损9313万元；销售收入27687万元；科研试制费4195万元。航空院校毕业学生21196人，其中研究生18人、本科生2388人、中专生17025人、技校生1765人。
1969年
2月9—21日周恩来总理连续听取国防工业工作汇报，详细询问歼8、强5以及轰炸机、运输机的生产、科研和基本建设情况，并提出了要求。