1933年5月，經陳誠舉薦，蔣介石特選已為陸軍中將的周至柔赴歐美各國考察空軍教育，1934年回國後不久，改任中央航空學校上校校長，從此脫離了陸軍系統，開始空軍生涯。

在國民政府總統官邸餐廳，蔣介石正在與宋美齡用餐

蔣介石：“中央航校，人心不振，紀律鬆懈，學習質量更差，畢業出來的學員，不是空中雄鷹，而只是普通的飛機駕駛員。因此，我想另選能人，派他出國考察國外空軍，準備委以創辦中國空軍之重任。周至柔胸懷大志，勤奮好學，並且擅長英語，我想派他出國考察。你看如何？”

宋美齡：“周至柔我早有耳聞，或許可堪大任。”

蔣介石在辦公室對周至柔說：“這次派你去歐美諸國考察空軍，主要是把他們建立空軍、發展空軍、強大空軍的經驗學到手，回來以後，把我們的航校建設和空軍建設正規化起來，為吾國空防貢獻力量。”

周至柔：“謝校長培養，我絕不辜負校長期望。”

出國後周至柔苦學英語，先後赴德國、義大利考察了半年。後又到美國考察了數月，認真瞭解了各國航空建設和空軍訓練。在考察過程中，他堅持用英語與對方交談。他對隨從官員說：“若不能用英語交談，外國人就要低看我們三分。”

1934年4月周至柔回國，向蔣介石呈上考察報告和建設空軍計劃書。蔣介石滿意地微笑說：“周至柔真是我們浙江的才子啊。我現在任命你為中央航空學校的教育長，主持航校全面事項。”

周至柔：“是，校長。”

周至柔到任後，立即革新除弊，勵精圖治。

周至柔在就職儀式上發表了這樣的演說：

“同學們，大家聽過嫦娥奔月的神話傳說，這飛天神話是我們中華民族的騰飛之夢，這個傳說至今已有4000多年了。在人類嚮往追求航空、航天的漫長曆史探索中，古老的中華民族不僅是夢飛最早的民族，也是最先一展雙翅的國度。據《漢書·王莽傳》記載，公元19年，王莽廣募賢才，攻打匈奴。當時有一個青年稱自己能飛，能從空中偵察匈奴的行動，王莽聞聽，立刻召見了他，並讓他當面一試。於是那人‘取大鳥翮為兩翼，縛其雙臂，頭與身皆著羽毛，通引環紐，飛數百步而墜。’

明代有個叫萬戶的人，製作了一個十分奇特的木架子，架子後面裝上47支當時最大的炮竹，然後將自己綁在架子前端的座椅上，叫人把47支炮竹同時點燃，他自己手持兩隻大扇子用力地扇動空氣，想借助炮竹定向爆破時產生的推力和扇子所鼓起的升力飛上天空。結局是十分慘烈的，隨著一聲巨響和濃煙滾起，勇敢的萬戶連同他的飛行器一同粉身碎骨了，這是世界上第一個企圖乘火箭飛行的人。繼萬戶之後，清朝初年，蘇州出現了一個製造飛車的能工巧匠，他的名字叫徐正明，據《蘇州府志》記載，他花了十幾年的時間，經過數百次失敗的摸索，終於用重量輕、韌性好的竹篾製成了一架帶旋翼的飛車，飛車內設有機關，人坐椅上，以兩足擊板上下，機轉風旋，疾駛而去，離地尺餘可飛躍港汊。

外國最早製造的螺旋槳飛機，就是根據我們兒時玩具竹蜻蜓的原理製造的。現在我們落後了，不但不能製造飛機，連修理飛機也困難。

1909年9月旅美華僑馮如自制成功中國第一架飛機後，1911年飛機開始傳入中國。

1913年北洋政府在北京建立了第一個航空教練所。

1924年，廣州市東南的大沙頭，國民革命政府在孫中山先生“航空救國”思想的倡導下，在此創辦了第一所航空學校，名為‘廣東軍事飛機學校’，4架木製的寇蒂斯霍克飛機，零星購得的5加侖桶裝航空汽油，便是航校的全部裝置。

1925年6月瘦狗嶺戰役，廣東航校出動4架飛機，從大沙頭機場起飛，炸死滇軍叛敵師長趙成果，叛軍失去鬥志，兩萬餘人繳械投降。

9月，革命軍攻打陽江、離州、廉州等地，航校飛機皆凌空助陣，把軍閥鄧本殷部趕下大海，逃亡瓊州。

北伐戰爭中，以葉挺獨立團為先鋒的北伐軍殺聲正酣，天空中馬達隆隆，幾架標著“中山”機徽的飛機出現在戰場上空，炸彈投向軍閥吳佩孚的軍隊，敵軍措手不及，東逃西竄，哭聲震天。北伐軍士氣大振，一舉拿下汀泗橋、賀勝橋，消滅了吳佩孚主力。

假如我們沒有飛機，就要被人家欺侮，因此我們急迫要建立強大的空軍，增強國防力量，大家抱著航空救國的壯志，來到航校學習。

從前我們的航校空而不軍，人心不振、紀律鬆懈、學習質量差，畢業出來的學員不是空軍戰士，而是普通的飛行員。從今天開始，我們必須時刻記住：‘我是個軍人’。軍人以服從命令為天職，下級絕對服從上級。路上相遇時，下級要先敬禮。訓練和外出，一律著軍裝，紮好皮帶，扣好風紀扣，必須注意軍人儀表。學校每天要舉行升降旗儀式，實行早晚訓話制度。節假日要檢查內務，合格後方可外出。外出者由汽車接送，不按時歸隊者予以批評，屢教不改者給予處分，再犯者從嚴，直至開除。”

周至柔威而不怒，卻令出如山，會場鴉雀無聲。

“國家花在我們身上的銀元，堆起來比人還高，為的是希望我們可以在祖國的天空消滅一切來犯之敵，保衛祖國。我們只有用生命方能報答國家和人民對我們的希望，怕死，就不配當飛行員。

中央航空學校的教育方針是忠勇、精誠、德性、紀律。

今天是2月26日，是我們航校的紀念日。三年前的今天，日本帝國主義派來20多架飛機，企圖把中國空軍扼殺在搖籃裡。石邦藩和趙明甫不畏強敵，視死如歸，以一敵十，最終一死一傷，他們永遠使我們學習的榜樣。現在，每個新入校的學員，都要到趙明甫的墓前宣誓。”

趙明甫墓前，石邦藩立在墓側。

只聽教官一聲“立正”，全校師生舉起右臂，緊握拳頭。

訓育主任包壽眉領喊：“我們的身體與飛機，當與敵人的飛機或軍艦同歸於盡！”

全校師生跟著高喊：“我們的身體與飛機，當與敵人的飛機或軍艦同歸於盡！”嘹亮的誓言響徹雲空，表現了中國空軍視死如歸的決心。

接著高唱《航校之歌》

得遂凌雲志，空際任迴旋。

報國懷壯志，正好乘風飛去。

長空萬里復我舊河山。

努力，努力！莫偷閒苟安，

民族興亡，責任待吾肩！

須具有犧牲精神，

憑展雙翼一沖天！

周至柔擔任中央航空學校教育長一職期間，十分重視航空教育，並著書立說。1936年4月，作為當時國防教育叢書的由南京正中書局出版的長達171頁的《國防與航空》一書，即是周至柔考察歐美等國航空事業回國後所作。他把在黃埔軍校的教學經驗與十幾年的實戰經驗結合起來，認為：空軍教育是決定空軍建設成敗的關鍵。他認為“精神的有無鈍銳，實決定了最後之成敗”，空軍飛行員需要的精神具體是“智、仁、勇”三者。並批評在空軍飛行訓練中，不注意培養攻擊精神的做法。所以，他提出空軍教育兩大要素：一是精神；二是技術。從戰略上要培養“攻擊精神”，周至柔認為：攻擊精神是軍隊的靈魂，是發揮戰鬥力的先決條件，這種攻擊精神即是為國獻身的犧牲精神。在戰術上，要有創意的戰術思想；即“為人之所不敢為，能人所不敢能”，強調“訓練重在實戰”。

1940年，周至柔又編著了長達186 頁的《世界空軍軍備》一書，作為國防科學叢書，由青年出版社出版，該書重在瞭解當時世界空軍概況，指出在一個國家的現代化標誌中，軍事力量和軍事將領的世界性眼光是主要因素。

周至柔的《國防與航空》與《世界空軍軍備》，是當時中國空軍軍事學術研究的一個高峰。在馬天保主編的《20世紀中國學術大典·軍事科學》（福建教育出版社，2002年版）“空軍戰術研究”條目中，將周至柔的《空軍之指揮及運用》、《國防與航空》、《世界空軍軍備》三本書，列為民國時期空軍戰術研究的最主要的研究成果。

周至柔在航校的3年裡，沒有辜負蔣委員長的重託，培養出六期共300多名飛行員。這些飛行員在全國各地表現都很出色，蔣介石非常滿意，特授周至柔寶鼎勳章和雲麾勳章，以示嘉獎。