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广东革命空军起步较早。继冯如1911年携带自制飞机回到广东后，谭根、林福元、陈桂攀等又陆续携带飞机抵穗。但由于政局不稳，所以初期进展不大。孙中山在广东组织和领导革命政府期间，虽然极力倡导航空事业，但面对外有北洋军阀政府的强大威胁，内有粤、桂、滇军阀的盘踞、混战和叛逆的局面，广东航空事业既无可靠的训练基地，又无固定的财政来源，并随着孙中山在广东革命事业的屡遭挫折而时起时伏，落后于北洋军阀、东北张作霖以及云南唐继尧。
援闽粤军航空队夭折。1917年7月，溥仪复辟帝制的企图破灭后，皖系军阀段祺瑞任北京政府国务总理。拒绝恢复被袁世凯取消的《临时约法》和国会。并出兵湖南，企图以武力征服西南。孙中山率领驻沪海军及部分国会议员至广州，组织护法军政府，召开了非常国会。9月1日，孙中山被选为中华民国军政府大元帅。1918年初，根据孙中山指示在大元帅府设立了航空处。任命机械专家、旅美华侨李一谔为处长，张惠长为副处长，陈庆云、蔡司渡、张恢寒等为航空处成员。他们将弃置在大沙头库房的两架飞机修复，由张惠长率蔡司渡、张恢寒两人试飞成功，作为飞行人员飞行练习用。同年5月，广东护法军政府为滇桂军阀及其附庸政学会控制，并与北洋军阀勾结，酝酿南北议和，将大元帅制改为七总裁合议制，以此排挤孙中山。同年6月，孙中山被迫辞去大元帅职务去了上海。一场革命党人依靠西南军阀反对北洋军阀的护法斗争，终因南北军阀的妥协而告失败。大元帅府航空处人员逐渐离散，这一广东空军机构的雏形随即夭折。
1918年初，广东革命军政府为进行护法战争，调拨20个营组成了援闽粤军，向北洋军阀盘踞的福建省进军。
同年8月，援闽粤军攻入福建漳州后，南靖、漳浦、同安等县也相继得手。1919年初，由美国华侨筹资购买的两架“寇蒂斯”飞机经汕头运抵漳州。此时，已在上海的孙中山指令杨仙逸、张惠长去福建协助援闽粤军建立航空队。同年6月，援闽粤军航空队在漳州成立，陈应权任队长，队员有蔡司渡、叶少毅等。7月，叶少毅在漳州上空飞行时失事牺牲，航空队仅有的两架飞机又损失了一架，急需补充。援闽粤军派陈庆云去澳门，从法国商人处购买水上飞机五架，澳门富商卢九捐献水上飞机一架。这六架飞机原是澳门电灯厂厂长、法国商人利古从美国购买的，拟开辟澳门、香港、广州三角空中客货运输航线，由于港英政府迟迟未核准发给飞行执照，航线未能开通，因此利古急于卖掉。其中两架为“寇蒂斯H-16”型，当时俗称“大鸭婆机”，作为轰炸机使用时，可搭乘正、副驾驶员各一人、射手一人；另四架为“寇蒂斯JN-4”型飞机，俗称“小鸭婆机”。飞机时速都不超过80英里。在购买飞机的同时，还雇用了美籍飞行员史密斯和维纳二人以及机械员杨标、余炳扬、吴势等人。
1920年8月，援闽粤军回师，讨伐盘踞广东的桂系军阀莫荣新、陆荣廷和岑春煊。陈应权率航空队随军分两路配合作战，侦察、轰炸淡水、平潭、马鞍山等桂军阵地，掩护陆军部队向广州挺进。9月，援闽粤军控制了广州附近的虎门后，桂系军阀集重兵于广州进行顽抗。广东督军、桂系军阀莫荣新扬言，广东督军署所在地观音山（今越秀山）是一个攻不破的堡垒，他将死守观音山，战到最后一人。莫荣新还把广州全城的军械、军粮都搬到观音山，并在城内高地架设大炮。9月26日晚，正值中秋节，杨仙逸、张惠长、陈庆云各驾机一架，从虎门水面起飞，趁月光飞赴观音山，轰炸了桂军指挥中心——广东都督府。当时莫荣新正和其幕僚在这里召开军事会议，飞机投下了三枚炸弹，使桂军内部受到很大震动。这是广东革命空军进行的第一次夜间轰炸。在此前后，飞机还曾多次在广州市上空进行空中示威，并散发传单。10月下旬，援闽粤军收复广州。莫荣新率桂军西撤，张惠长同美籍飞行员维纳、史密斯驾驶“寇蒂斯H-16”型机侦察桂军撤退西江一带的行动，因飞机燃油耗尽迫降于德庆以东沙滩上，受到桂军攻击。张惠长和史密斯泅水生还，维纳遇难。
广东革命空军的再创再失。1920年11月29日，孙中山在广州重新组织新政府，复任大元帅。同月，航空局在广州大沙头成立。该局直属大元帅府，任命朱卓文为局长。航空局直辖两个飞机队：张惠长任第一飞机队队长，有水上飞机三架；陈应权任第二飞机队队长，有飞机两架，广东革命航空队伍开始初具规模。同年底，孙中山派遣杨仙逸组织一批爱国青年去美国学习航空技术，并向华侨筹款购置飞机，不断充实广东航空队实力。
1922年2月，孙中山颁发北伐动员令。为确保战时械弹供给，任命朱卓文为石井兵工厂厂长。航空局进行了改组，仍由朱卓文兼任局长，张惠长任副局长兼第一飞机队队长，陈应权任第二飞机队队长，飞机队改称航空队。同年5月，孙中山以广东韶关为大本营，计划派兵进入江西。张惠长、陈庆云率飞机七架从广州出发，转场韶关、南雄，受北伐军右翼总指挥许崇智指挥，协助北伐军北上作战。
6月，正当北伐军攻克赣州，准备乘胜直逼南昌之际，广东军阀陈炯明在广州发动了武装叛乱。根据孙中山“回师靖难”的电令，许崇智立即率部队从江西回师广东，航空队亦配合许部对陈炯明叛军进行轰炸扫射。由于部队转战数月，粮弹将尽，北伐军只好退守江西边境，随即转入福建。航空队油弹已尽，无从补给，被迫在广东始兴多塘铺机场将参战飞机全部焚毁，航空队人员随陆军部队转移。留守在广州的航空局被陈炯明收编，广东革命空军数年来积聚的航空实力，几乎全部丧失。
孙中山第三次重建革命空军。1922年10月，北伐军右翼总指挥许崇智率部队攻入福州。孙中山任命许崇智为东路讨伐军总司令。此时，分散在各地的航空人员陆续到福州集中，航空局在福州恢复建制，并利用马尾海军航空工程处的飞机和器材，重组航空队。任命朱卓文为福州航空局局长、张寿春为副局长兼第一航空队队长、陈庆云为第二航空队队长，准备随东路军南返讨伐陈炯明。同时，孙中山联络滇、桂军组成西路军进攻广东。
1923年初，西路军攻粤得手，陈炯明败退至惠州、东江一带。同年2月21日，孙中山由上海回到广州，在滇军让出来的农林试验场成立大元帅府。3月，杨仙逸和在国外培训的空地勤人员林伟成、黄光锐、黄秉衡、杨官宇、聂开一、吴顾枝、李逢煊、邓亮、黄施等先后到达广州。孙中山任命杨仙逸为大元帅府航空局长兼飞机制造厂厂长、黄光锐任第一航空队队长、林伟成任第二航空队队长。航空队共有飞机八架，其中水上飞机两架，均集中广州待命。
1923年4月16日，桂系军阀沈鸿英宣布，接受北京政府委任广东督理职务，从白云山驻地发动了对广州的进攻。孙中山亲临前线，与滇军杨希闵共同督战，并命令航空局派飞机助战，黄光锐、林伟成、黄秉衡轮流驾机配合滇军作战，轰炸、扫射叛军。在陆、空军密切配合下，沈鸿英败退。
5月9日，陈炯明旧部杨坤如、翁式亮叛变，在东江地区与广东军政府的部队进行拉锯战。6月，杨仙逸率领飞机队转赴石龙讨伐杨坤如，孙中山也亲自到石龙、石滩督战。由于飞机队频频出击，并通过空中侦察，发现敌军无后援部队，孙中山下令全线反击。在飞机协助下，滇、桂军将杨坤如部队逐回博罗，解除了对广州的威胁。