不過，赫魯曉夫時代中蘇關係的崩潰卻是解放軍空軍發展的一個關鍵時刻。中國拒絕接受蘇聯供應先進蘇式戰機，採取了逆向研究蘇聯設計的唯一途徑。中國建造出了無數蘇式系統，其中最著名的是米格－19S“農夫”戰機或沈陽殲－6戰機，以及米格－21“魚窩”戰機或成都殲－7戰機。在下一個發展轉折點，即蘇聯解體之前，這些克隆蘇式戰機構成了解放軍空軍和海軍戰機的主力機型。
1992年，中國訂購了首批俄制蘇－27SK“側衛B”戰機——首批量產蘇聯“側衛”戰機機型的出口型。其後，解放軍空軍又採購了雙座蘇－27UBK戰鬥教練機等機型，隨後中國又於上世紀90年代末簽署一項協議，部分生產和組裝200架蘇－27戰機。與此同時，中國還採購了多個團的雙座蘇－30KK戰機——該戰機可比肩美國早期版本F－15E“攻擊鷹”戰機。機載武器包括一系列制導武器(包括用以挫敗敵方防空雷達的反輻射雷達)以及遠程導彈和智能炸彈(利用TV指令鏈路、光學成像和激光制導等技術)，這使之具備了強大的全天候攻擊能力。
目前，中國海軍航空兵已經接收了不同版本的蘇-30MK戰機，特別是蘇-30MK2，該機可掛載俄制反艦巡航導彈。到上個十年中期，沈陽飛機製造公司與俄羅斯阿穆爾共青城加加林飛機生產聯合體之間的關係開始出現裂痕。中國想要使其製造的下半批殲-11A戰機具備更先進的配置，但俄羅斯方面拒絕這樣做。到那時為止，沈陽飛機製造公司已經完成了蘇-27SK戰機機身的逆向工程，而且公開了完全由中國製造的殲-11B原型機的存在。雖然俄羅斯宣稱中國製造的殲-11B是蘇-27SK戰機的未授權“克隆版”，但實際上兩者在重要系統及航空電子設備方面存在很大的差異。
此外，解放軍海軍還曾與俄羅斯阿穆爾共青城加加林飛機生產聯合體協商，希望後者提供多達50架海軍版折翼型蘇-27K/蘇-33“側衛D”艦載戰鬥機，意在供“瓦良格”號航母使用。然而，這個原本會讓中國“側衛”戰機數量超過500架交易卻終止了，因為俄羅斯擔心中國會對其進行逆向工程。
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