Il 4 aprile del 1949 l’Italia firma l'adesione al Patto Atlantico (la NATO), che viene ratificato il 1° agosto successivo. Sul piano della ricostruzione, l’adesione dell’Italia alla North Atlantic Treaty Organization significa immediati benefici per il Paese che, da nemico a cobelligerante, è ora assurto al rango di alleato autentico. Ciò consente, tra l’altro, un rafforzamento militare altrimenti impossibile in un periodo in cui il disavanzo di cassa per esercizio finanziario si aggira attorno agli 850 miliardi di lire e, soprattutto, nel quale la maggior parte delle risorse sono prioritariamente destinate alla ricostruzione del Paese. A ciò provvedono in maniera massiccia gli Stati Uniti con forniture e prezzi di favore o addirittura gratuite nell’ambito dei programmi di assistenza che, nel campo militare, si estrinsecano sotto due forme principali – l’OSP (Off-Shore Procurement), e l’MDAP (Mutual Defese Assistance Program) – mentre i limiti fissati dal Trattato di pace in tema di armamento pesante vengono aggirati con forniture end-use agreements qualche tempo prima della loro abolizione formale nel settembre del 1951. Una situazione di cui beneficia ben presto anche l’Aeronautica Militare.

La linea di volo della caccia è la prima a veder concretizzati, verso gli ultimi mesi del 1950, i positivi effetti della nuova collocazione internazionale dell’Italia: gli ormai vecchi e superati Spitfire e Lightning vengono sostituiti dai North American P-51D Mustang e dai Republic P-47D Thunderbolt. I primi vengono destinati ad equipaggiare l’intera linea del 3° e del 4° Stormo, entrambi dislocati presso Capodichino, e due gruppi: l’8°, che si stacca dal 5° Stormo di Vicenza per andare a ricostituire il 2° sempre a Vicenza, e il 155° che ridà vita al 6° Stormo a Treviso. I secondi sono invece avviati ai restanti gruppi del 5° e del 51° Stormo  di Treviso che, in tal modo e sia pure con non poche difficoltà di adattamento da parte dei piloti, diventano “caccia bombardieri”. Il 5°, il 6° e il 51° Stormo saranno i primi reparti italiani a passare di lì a poco sotto la 56^ TAF (Tactical Air Force), l’organismo integrato della NATO costituito a Vicenza alle dipendenze di Airsouth (Comando forze aeree del sud Europa), dal quale sarebbe derivata pochi anni dopo la 5^ ATAF (Allied Tactical Air Force). I tempi sono a questo punto maturi per l’arrivo dei primi aviogetti, per avere i quali, peraltro, erano stati intrapresi già da tempo i passi opportuni. Svanita per il momento la possibilità di ottenere la collaborazione degli Stati Uniti, già impegnati in Estremo Oriente in qualcosa di più consistente della Guerra Fredda, l’accordo viene raggiunto con la Gran Bretagna con la quale l’Italia vanta un credito di 80 milioni di sterline pagabili solo con prodotti industriali, parte dei quali entrano nel nostro Paese sotto forma di De Havilland DH-100 Vampire, di cui viene concessa anche la produzione su licenza. Il primo reparto ad essere equipaggiato con il nuovo monoreattore è il 4° Stormo – subito seguito dal 6° – i cui “Mustang” vengono versati alle scuole di volo di 3° periodo dove sarebbero stati usati per allenamento e collegamento. L’ultimo reparto a transitare sul “Vampiro”, come fu subito chiamato, sarà il 2° Stormo nel 1956. L’adesione italiana al Patto atlantico comincia intanto a produrre i suoi frutti anche dal versante americano: nel 1952 arrivano a Brindisi – via mare e perfettamente “coconizzati" – i primi degli oltre 250 Republic F-84G Thunderjet, ceduti praticamente gratis all’Aeronautica Militare insieme alla licenza di produrre alcune parti del velivolo e di revisionarne il gruppo motopropulsore. Con questo nuovo aereo, tra il 1953 e il 1954, la 5^ Aerobrigata si sposta da Vicenza a Villafranca, la 51^ nella sede definitiva di Istrana e la 6^ in quella di Ghedi, mentre in seno al 3° Stormo, ancor prima della trasformazione in 3^ Aerobrigata “ricognizione tattica”, viene istituita una Sezione fotografica equipaggiata con RF-84G, versione da ricognizione ottenuta grazie all’installazione di macchine da ripresa nella tanica alare sinistra del velivolo.

Dal 1953, rispondendo a specifiche esigenze dettate dalla NATO, gli Stormi dell'Aeronautica Militare iniziano progressivamente a trasformarsi in Aerobrigate.

Anche l’acrobazia aerea collettiva ricomincia a muovere i primi passi, riprendendo una tradizione nata a Campoformido agli inizi degli anni Trenta grazie a Rino Corso Fougier e proseguita prima della seconda guerra mondiale con uomini come Neri, Reglieri, Zotti, Moscatelli, Remondino, Molinari, Brambilla e Botto. Nel luglio del 1952 quattro Vampire del 4° Stormo si esibiscono in Belgio. A questa prima formazione ne seguiranno presto altre – questa volta “ufficializzate” da un nome e fornite a rotazione dai vari reparti – come i “Getti tonanti” della 5^ Aerobrigata nel 1953 e le “Tigri bianche” della 51^ nel 1955, entrambe su F-84G; quella del “Cavallino rampante” della 4^ nel 1957 su F-86E e, l’anno successivo, i “Diavoli rossi” della 6^ e i “Lancieri neri” della 2^, rispettivamente su F-84F ed F-86E; ancora i “Getti tonanti”, questa volta su F-84F, nel 1959 a chiudere definitivamente la tradizione della rotazione. Nel 1960 verrà infatti costituito a Rivolto il 313° Gruppo Addestramento Acrobatico che, come Pattuglia Acrobatica Nazionale, inizierà da quell’anno a rappresentare ufficialmente la Forza Armata in tutte le manifestazioni.