L'adesione dell'Italia al Patto Atlantico (NATO, North Atlantic Treaty Organization), del 4 aprile 1949, produce immediati benifici a favore della ricostruzione. Il nostro paese viene elevato al rango di alleato autentico con tutti i vantaggi derivanti, che consentono, tra l'altro, un rafforzamento militare,   altrimenti impossibile. A ciò provvedono in maniera massiccia gli Stati Uniti con forniture gratuite o a prezzi politici nell'ambito di programmi di assistenza (OSP, Off-Shore Procuramen e MDAP, Mutual Defence Assistence Program). Per quanto riguarda l'A.M., la linea caccia è la prima a essere interessata da questo programma di potenziamento: giungono i P-51D "Mustang" e i P-47 "Thunderbolt". In questo periodo il 5°, il 6° e il 51° Stormo saranno i primi reparti italiani a passare alla 56 ATAF (Allied Tactical Force).

Il DH.100 "Vampire", il primo velivolo a getto in dotazione all'A.M. consente un ulteriore salto di qualità anche per l'industria nazionale; di questa macchina, infatti, viene anche concessa la produzione su licenza. Nel 1951 nasce e compie il primo volo il G.80, primo aereo italiano con turbogetto, seguito dal G.82. Nel '52 appare un altro aviogetto, l'F.5, mentre tra la collaborazione tra la SAI Ambrosini e l'Aerfer prende consistenza il primo caccia italiano con ala a freccia, di cui furono realizzati due prototipi, il "Sagitario" 2° e l'"Ariete". Nel 1952 arrivano i primi degli oltre 250 F-84G "Thunderjet", ceduti praticamente gratis all'Aeronautica Militare. Con questo aereo tra il 1953 e il '54 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 con RF-84G. Anche l'acrobazia aerea collettiva comincia a muovere i primi passi. Nel luglio del '52 si esibiscono quattro "Vampire" del 4° Stormo e negli anni successivi i reparti caccia e cacciabombardieri daranno vita alle pattuglie del "Cavallino Rampante", dei "Getti Tonanti", dei "Diavoli Rossi", dei "Lanceri Neri", delle "Tigri Bianche", finché nel '60 non viene costituito, a Rivolto, 313 Gruppo addestramento acrobatico (PAN, Pattuglia Acrobatica Nazionale).

Nel 1953 la linea dei "trasporti" riceve i primi di oltre 40 Fairchild C-119G "Flying Boxcar", i famosi "vagoni volanti", assegnati alla 46 Aerobrigata di Pisa. I velivoli a getto vengono anche assegnati alle scuole di volo. Dopo una breve esperienza su "Vampire" del Nucleo addestrativo costituito ad Amendola, nel 1952 cominciano ad affluire i Lockheed T-33A. Nel '55 un altro notevole salto di qualità: dagli USA arrivano, "off-shore", i primi F-86E "Sabre". In Italia vengono invece prodotti gli F-86K con i quali sono riequipaggiati vari reparti, tra i quali il ricostituito 1° Stormo. Intanto, tra la primavera del 1956 e l'inizio del '57, la linea di volo della 5, 6, 51 Aerobrigata si arrichisce dell'F-84F "Thunderstreak", a cui fa seguito l'RF-84F "Thunderflash" che va ad equipaggiare la 3 Aerobrigata. A distanza di poco più di dieci anni dal disastroso esito della Seconda Guerra Mondiale, l'Aeronautica Militare appare completamente rigenerata e perfetamente inserita nell'Alleanza occidentale. All'ammodernamento delle sue linee caccia e trasporti, alla riorganizzazione dei settori logistici, tecnici e operativi, alla ripresa di tutto il settore istruzionale, si accompagna la nascita della componente elicoteristica della Forza Armata, mentre continua l'opera di ammodernamento di altre specialità come il soccorso aereo e gli antisom.

Dal 1957 la linea SAR è dotata degli anfibi Grumman HU-16A "Albatross", mentre ai reparti antisom sono assegnati i Gruman S2F-1 "Tracker" che consento di riorganizzare la specialità negli attuali 30° e 41° Stormo. Il 9 agosto 1956 e il 10 dicembre 1957 con il primo volo rispettivamente del G.91 e dell'MB.326 si apre l'era più recente e moderna della storia dell'A.M.. Intanto, in un periodo in cui la contrapposizione tra i due blocchi assume toni estremamente duri, l'Aeronautica Militare riceve i missili terra-aria Nike Ajax/Hercules con quali arma, nel 1959 la 1 Aerobrigata, e i missili strategici a medio raggioJupiter con cui viene costituita a Gioia del Colle la 36 Aerobrigata.

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