Pendant la Première Guerre mondiale, l'aviation a évolué d'une activité principalement tourné vers l'observation à un rôle bien plus offensif et stratégique : l'observation des mouvements de troupes, le guidage de l'artillerie, le bombardement et même l'utilisation psychologique par le survol des villes ennemies ont été des missions clés. Le 5 octobre 1914, le premier combat aérien entre l'allemand Frantz et le français Quénault a marqué le début d'une nouvelle ère de combat. Le développement technologique s'est accéléré, la vitesse des aéronefs passant de 200 km/h à 300 km/h en seulement quatre ans. Avec 40 000 appareils construits en France, la guerre a provoqué une production massive d'avions. Beaucoup d'aviateurs ont perdu la vie, mais le combat aérien a conservé une image chevaleresque. Les pilotes de chasse, ou "as", sont devenus des héros, avec des figures emblématiques comme René Fonck, Georges Guynemer, et Nungesser du côté français, ou le "Baron Rouge" von Richtofen du côté allemand. Un progrès technique majeur a été la mitrailleuse synchronisée, permettant de tirer à travers l'hélice sans endommager l'appareil.

Après la Première Guerre mondiale, les surplus d'aéronefs et de pilotes ont trouvé une nouvelle vie dans l'aviation civile et l'organisation de spectacles aériens. Les raids de longue distance et le transport aérien de passagers et de courrier ont commencé à se développer. Les exploits des pilotes comme Saint-Exupéry et Mermoz dans l'Aéropostale ont marqué cette époque. Les compagnies aériennes ont commencé à apparaître, même si elles devaient encore relever de nombreux défis techniques, notamment en matière de confort et de sécurité. Les Zeppelin sont restés populaires jusqu'à la catastrophe du Hindenburg en 1937. Les pionniers de cette époque, comme Lindbergh avec sa traversée de l'Atlantique, ont démontré le potentiel de l'aviation alors qu'elle faisait ses premiers pas vers la connectivité intercontinentale.

La Seconde Guerre mondiale a entraîné une nouvelle avancée dans l'utilisation et le développement des avions de combat. L'Allemagne a utilisé des tactiques de Blitzkrieg avec un soutien aérien intensif, tout en développant des avions de chasse novateurs comme le Messerschmidt Bf 109. La Bataille d'Angleterre a démontré les limites des appareils à faible rayon d'action allemands et le courage des pilotes alliés. La guerre a encouragé des innovations comme les chasseurs à long rayon d'action tels le P-51 Mustang, ainsi que les premiers avions à réaction tels que le Messerschmidt 262. La guerre a également introduit le bombardement stratégique de grande envergure avec des appareils comme le Boeing B-17. Le théâtre du Pacifique a mis en lumière l'importance des avions dans les combats amphibies et les bombardements de précision, culminant avec les bombardements nucléaires sur le Japon.