基础课学完后，转入专业学习。飞行班和机械班开始分开上课。飞行班学飞机操纵、领航、仪表、气象等课；机械班学飞机、发动机分解和维护。
飞行班有一名本地学生，叫姚维涛，只有17岁。他父亲叫姚雄，是盛世才请来的东北系空军军官，曾任飞行队副队长、队长。事实说明，盛世才将姚维涛安排到飞行班学飞行，是应姚雄的请求，并没有政治上的不良动机。红军学员同姚友好相处。姚在学习期间，始终不知道航空队的党组织情况。新中国成立后，姚曾在北京民航局任专业科长。
学习专业课的同时，教官开始带飞飞行学员。
盛世才的航空队共有三个飞行中队。第一、第二中队由前两期毕业的老飞行员组成，每中队十人左右，配一名中队长。第三中队专门训练飞行学员，有一名中队长和两名飞行教官。
紧挨航空队大院的迪化市南门外，草地机场，有两个高大宽敞，能停放十几架飞机的机库。由于机场小，平时只用于飞机起降和停放。用于训练的机场，开始在博格达山下的欧亚机场，以后在迪化以西的地窝铺机场。
飞行班26名学员编成三个教学组。第一组六人，由中队长黎焕章带飞。黎是维吾尔族人，能说汉语和俄语，对苏联和中共都友好。他在以后盛世才发动的反苏反共事变中被关了起来，据说也被杀害。第二、第三组各十人，由飞行教官任兆祥、杨兆荣带飞。苏联教官负责指挥和检查考核。
开飞前，教官先领大家到机场搞了三天地面实习。大家好奇地围着外号叫“双膀子”的Y-2型教练机转。这是20年代的初级教练机，机上安装一台100匹马力的内燃发动机，最大时速146公里，升限2000米。教官从如何放、拿飞机轮挡的最基本知识讲起，领他们逐一了解飞机的主要部件和性能。接着，上座舱熟悉仪表和操纵系统，多次练习地面开车。
1938年4月4日。蔚蓝色的天空没有一丝云彩，能清晰看到百里外的天山雪峰在阳光下泛着银光。离迪化城七公里的博格达山脚下的欧亚草地机场上，铺着白色T字布。在T字布的前方150米、后方50米，各放一块白色限布板。3架Y-2型教练机，昂首挺立在起飞线上。整个机场划有起飞、着陆和滑行三个地带，随着风向的变化而调整。
当时的飞机没有无线电设备，机场上也没有指挥用的塔台车。指挥员只好站在起飞地带，令一名值日的飞行学员替他打红、白信号旗实施指挥。举起白色信号旗，表示允许起飞和着陆；举起红色信号旗，表示禁止起飞和着陆。飞行教员和学员按旗语开车、起飞。着陆前，先低空绕场一圈，看到亮红旗，就加油门复飞、盘旋；看到亮白旗就对着T字布下滑着陆。着陆后，滑到固定在机场边缘的加油线。那儿有十几个贮油罐。机械人员提着油桶，用漏斗往飞机上加油。加满一架飞机，约需100多公斤汽油。教员和学员都在加油线上下飞机。
飞行服上衣和裤子缝在一起，穿的时候，先两腿伸下，然后从身后往上拉才能穿好，头戴皮帽及一个视野很宽的风镜，脚穿毛皮靴。
第一天课目是感觉飞行，也就是到空中体会飞行的滋味，感觉飞机的操纵性能。他们憋足了劲，体内像灌足了气似的随时能弹射出去。
中队长黎焕章带吕黎平走向第一架飞机。一进座舱，吕黎平的心就狂跳起来，怎么也抑制不住。随着发动机的轰鸣，中队长驾飞机徐徐向前滑行，接着抬起尾部加速，飞机就晃晃悠悠地升空了。Y-2型飞机只有风挡，没有座舱盖。一升空，强劲的寒风迎面扑来，冷得人直起鸡皮疙瘩。耳朵内除了螺旋桨的“嗡嗡”声和“哗哗”的气流声外，其他什么也听不到。
吕黎平在座舱内左右侧着身子往下看，不敢相信已经到了空中，只见地面的人影越来越小。升高到400米左右，人影只有几寸长；到800米的空中看下面，人就像芝麻粒那么小了。中队长口对着一根前后舱相连的通话专用橡皮管，大声地叫吕黎平前后、左右活动驾驶杆，体会一下飞机的操纵性能。飞机盘旋了几圈，他还没来得及将机场周围的轮廓完全看清楚，飞机就轻飘飘地下滑接地了。
26人都完成了20分钟的感觉飞行，乘汽车返回航空队宿舍。春天的阳光那么灿烂，一直灿烂到他们抑制不住的笑容里。
有人说：“长征路上，一见敌机来了就命令谁也不许讲话，说飞机上有顺风耳，连咳嗽都能听到。大家连粗气都不敢喘。现在可明白了，在地面上就是喊破嗓门，吹响军号，飞机上也听不到。”
有人说：“反空袭时伪装还是很有用的。只要头上戴一顶草编的帽，飞行员就发现不了。”
大家都嚷嚷，一定要把这些新发现，转告前线作战的战友们。
汪德祥瞪着迷惘的大眼睛告诉大家：“我原以为飞机这么大的铁家伙，开起来一定很费力气。教官让我在空中拉一拉驾驶杆，我的手刚使一点劲，飞机的头一下子直翘起来。要不是教官喊我快松手，飞机不知翻哪去了。原来，开飞机要像绣花那样轻手轻脚的。唉！可惜了我这双粗胳膊，在飞机上没地方使劲！”
大家听了乐得像是放炮仗似的。
两次感觉飞行后，开始由教官带飞起落航线。Y-2型飞机速度小，纵向安定性差，因而起飞和下滑都很难保持直线方向。空中转弯要手脚密切协调，动作一致，坡度压得不大不小，否则很容易掉高度。在有侧风的情况下，着陆杆稍粗猛一点，飞机就会歪歪斜斜，跳跃飘飞。
红军学员都在沙场鏖战多年，见惯了冲锋陷阵的惊险场面，学飞行中共同的特点是胆子大不怕死，动作粗猛不柔和。吕黎平在着陆时目测高，拉平早，动作量又大，飞机尚有一米高度就失速坠地，右翼尖差一点擦在草地上，受到教官的严厉训斥。类似的险象，其他学员也发生过好几起。
七八个飞行日过去了，多数学员的起落动作仍然歪歪扭扭，险象横生。好发脾气的苏联教官开始骂人，盛世才的教官，有的公开嘲讽：“粗手笨脚的大兵，还想学航空！”有的私下嘀咕：“放不了单飞，就淘汰！”
大家切身体验着学习的艰难和焦急，树立起心中那山一般不可动摇的信念。
要学好操纵，首先要熟记程序和要领。大家几乎将能利用的每一分钟时间都用来背记和练习，连站队走路也要默背几句。机场、操场和宿舍内外，到处有红军学员比比画画、念念有词地在地面“飞航线起落”。半夜里，常有人说梦话，仔细一听，还在背操纵程序呢。
要克服险象，必须练柔操纵动作。教室里几件简陋的地面练习器，成了大家的宝贝，一天到晚总有人坐在上面。熄灯了，还有人摸黑摆弄练习动作。吕黎平还摸索了一个练习起飞、着陆动作的方法。每次乘坐汽车，他右手握根棍子，面对车行方向。汽车开动，就模拟飞机加油门滑跑，轻轻地将手中的“驾驶杆”往前推；汽车速度快了，就往后带杆“起飞”，汽车减速，就模拟飞机减速下滑着陆，眼观左前方，目测离地面的高度，轻轻地“带杆”、“拉平”。后来，不少同学乘汽车时，也用这个办法练习驾驶杆的操纵动作和目测距离、高度。初学阶段，都感到得益不浅。
带飞中，碰到困难最多的是李奎。李奎在同学中个子最矮，由于苏联飞机的座舱是按大个子设计的，他坐在里面，眼睛刚高过风挡下沿的金属框，很难看清外面，也就难于正确操纵了。大家想方设法为李奎制作了一个两寸多厚的坐垫，又把两个足镫调整到最高位置，终于使他摆脱了由于视力角度高，腿短带来的困难，能够自如地操纵了。
大家的起落动作越来越柔和、准确。在带飞50多个起落后，吕黎平和方子翼经过苏联教官严格考核合格，终于首批放了单飞。其他在带飞60多个起落后也陆续放了单飞，连李奎也顺利放了单飞。只有王东汉因痼癖动作，着陆跳跃将螺旋桨打坏，被停飞改学机械。
教官又带大家飞简单特技、编队、航行、迫降等课目。经过艰苦努力，大家也陆续考试合格，放了单飞。
单飞的实践，使大家进一步体会到，飞行是脑力与体力密切结合的特殊劳动。比如翻筋斗，没有体力，就承受不了大负荷的压迫，而没有灵敏的思维和快速反应能力，就不能正确判断和及时改出飞机的复杂状态。要做一个优秀的飞行员，必须培养大胆而细心、沉着而机敏、准确而迅速的素质。一进座舱，不管发生什么紧急情况，都要使自己的心情像湖水一样平静，使操纵动作像绣花一样细致准确。飞机出了故障，操纵出了险情，更不能慌张，要通过“想”，迅速判明原因；“做”，严格按《操纵手册》去做；“查”，核查动作是否按准确的程序去处理。这些是大家从实践中集体总结出来的经验体会。
他们学飞行的历程，有迷惘，也有清醒，有磨难，也有成功，沉重与轻松就这样始终杂糅着。天道酬勤，四个月过去了，红军学员完成了初教机的全部单飞课目。盛世才第一期飞行班招收十名中学毕业生，初教机单飞期间淘汰两名。第二期飞行班招收16名中学毕业生，又淘汰4名，淘汰率都在20%左右。第三期25名共产党员，只淘汰1名，淘汰率是4%。
主持航空队训练的苏联教官，亦称顾问，共有四人。其中两名飞行教官，负责飞行指挥和带教；一名领航教官，负责航空理论教育；一名机械教官，负责指导机务维护保障。苏联教官携带家属，不定期地轮换回国。红军学员进入航空队时，飞行总教官是尤吉耶夫上校，1939年换为扎布罗斯克上校，1941年换为米佐古夫上校，他后来晋升为少将。这些教官都是苏联政府从苏联空军中选派来的优秀干部，都是联共（布）党员。
邓发事先与苏联顾问谈过红军学员文化水平低，苏联顾问表示：“只要他们好好地学，我们负责教会他们。”因此，苏联顾问在讲授课程时都非常耐心，手把手地教学员学飞机。苏联教官为了回避盛世才人员的疑虑，除了教学上与学员接触外，平时不与他们来往，但经常通过苏联驻迪化领事馆，向中共党代表转告这批学员的学习情况，提醒注意事项。
苏联教官都有1000小时以上的飞行经验，有的参加过远东诺蒙坎事件对日空战。他们飞行技术过硬，对红军学员关心，但教学作风比较粗暴生硬。一旦学员空中操纵动作不准确，苏联教官就在前舱晃起拳头。学员在空中出现危险动作，他就要大发脾气，拿着通话筒用俄语将学员劈头盖脸骂一通，并高举拳头示意要打脑袋，甚至突然压驾驶杆，利用前后舱驾驶杆的连动，敲打学员的腿部，或者拉几个大动作量，把学员折腾得晕头转向。
有一次，谢奇光实在忍受不了苏联教官的这种打骂人的“教训”方式，就在空中与教官顶起牛来。第二天，总教官把吕黎平找去，用俄语夹着几句汉语及大量的手势，向他说明：“你们是共产党人，我们教你们飞行比前两期认真。教官虽然在空中打人骂人，但目的想使你们学得更快更好，希望能理解。”吕黎平向总教官表示，严格要求是对的，应该的。我们每个同学都从心底感谢苏联教官的好意，但也请注意到，中国红军的制度是禁止打人骂人的，希望能改善教学的方式方法。
从那以后，党支部经常进行尊重教官的教育，并组织大家学习常用俄语。学员见到苏联教官，主动用俄语问个“您好”。苏联教官发脾气少了，教学双方的感情越来越融洽。苏联教官的教学更加细心、刻苦了，经常一个人包一架教练机，连续带飞四五人次不下飞机。通过严格泼辣的传帮带，帮助学员解决了许多技术难点，纠正了不少痼癖动作。红军学员也学到了苏联红军飞行员的无产阶级国际主义的好思想、好作风。
盛世才的航空队军官，都是苏联教官训练出来的，因而完全依赖苏联教官主持航空队的训练。苏联教官按照他们的飞行条令、大纲和操典，全套运用，因而小小的新疆航空队成了当时苏联空军训练模式的缩影。其训练方式还是卓有成效的，诸如：重视理论先行；注意循序渐进；平时“少吃多餐”；强调从严从难；培养学员气质等等。
1938年10月，24名学飞行的红军学员以平均4分以上的优良成绩，完成Y-2型初教机所有课目的训练，转飞P-5型侦察、轰炸机。P-5型飞机是当时新疆航空队的主要机种。机长9.5米，翼展15.5米，装一台700匹马力的内燃发动机，最大时速约280公里，最大航程1000公里，升限约4000米。飞机上装有3挺7.62毫米口径的机关枪，其中两挺固定，一挺可旋转射击，翼下可挂两枚50公斤的炸弹。飞机是双座舱，既可以教学，又可以执行战斗任务。
教官在P-5型飞机上，带学员飞了30多个起落，就陆续放了单飞。
天气逐渐转冷了，纷纷扬扬的雪花覆盖了机场。刚开始，飞机在薄雪上滑行，还飞了几天。后来，积雪厚达半尺，机轮陷在雪地里不能转动。当时没有扫雪机，要用人工把一个偌大的草地机场打扫干净，这在人口稀少的迪化市郊区，是不可能办到的。大家被迫停飞了。
教官很会想办法，安排了三天滑雪课。大家高高兴兴地穿上一米半长的滑雪板，先在平坦的机场雪地上学滑走，然后到三五十米高的山坡上往下溜。两天后，大家就滑行如飞，还组织了比赛。
正当每一个人都发愁怎么飞行时，教官下达了飞行任务。晨曦掀开了夜幕，大家冒着凛冽的寒风来到机场，一看飞机都乐了。飞机的两个前轮不见了，装上了两块30多公分宽、两米多长的木质雪橇板。尾橇也改装成小雪板。大家驾着带雪橇的飞机又开飞了。