1957年後，國民黨空軍利用改裝後的B17飛機，在夜間低空襲擾大陸縱深地區。這種飛機比較先進，可以偵察到地面雷達，竊聽到對方的指揮通話，續航時間可達17個小時，而我空軍無法在夜間進行低空作戰。1957年我空軍部隊出動69次進行攔截，無一次成功。1957年11月20日，一架國民黨B17飛機低空進入大陸，穿越了9個省，飛抵石家莊上空。劉亞樓指揮空軍航空兵起飛18架次攔截，都未攔截到敵機。
當晚，周恩來正乘飛機從外地返回北京。周恩來一下飛機，就讓人告訴劉亞樓：應用一切辦法將蔣機擊落。
12月18日，毛澤東也指示空軍要“全力以赴，務殲入侵之敵”。
毛、周的指示，給劉亞樓以很大的壓力。他馬上組織空軍部隊對戰備工作進行全面整頓，改進截擊機的雷達性能，加強組織指揮，讓各部隊以最優秀的人組成“一號班子”，提高攔截能力。
劉亞樓的這些措施初見成效，1958年，空十八師等部隊已經在夜間幾次發現敵B17飛機。1959年5月，在一次空軍軍以上參謀長會議上，劉亞樓要求：“無論如何要在國慶節前打下一兩架敵機！”
5月29日夜，一架國民黨B17飛機竄入廣東西部，空十八師截擊機中隊長蔣哲倫迎戰，地面指揮員命令他通過改換無線電頻道，使敵機無法偵察到。在領航員的精確引導下，蔣哲倫擊落敵機，機上國民黨少校飛行員胡平山等15人全部斃命。
劉亞樓極爲高興，命令參戰人員到大連，向參加空軍集訓的師以上幹部介紹經驗。
此後，國民黨空軍一連9個月未敢夜間出動。
1960年2月以後，國民黨空軍改爲使用由美國海軍反潛巡邏機改裝而成的功能更爲先進的P2V型飛機襲擾大陸縱深。爲對付P2V型飛機，劉亞樓想了很多辦法，其中以加強雷達兵部隊的偵察能力最爲明顯。
1961年11月6日，當蔣軍一架P2V飛機竄入東北時，被空軍6個雷達站偵察到准確位置。高炮部隊集中開火，一舉將P2V飛機擊落。
1963年6月20日，當一架P2V型飛機竄入南昌上空時，被空二十四師截擊機大隊副大隊長王文禮駕機擊落。此後，蔣軍P2V型飛機再未深入大陸縱深襲擾。
20世紀50年代和60年代，國民黨空軍還使用美國RB57D和U-2等高空偵察機對大陸進行戰略偵察。由于這兩種飛機的飛行高度在兩萬米以上，殲擊機和高炮對其無能爲力。尤其是U-2飛機，它的最大飛行高度爲2.3萬米，身上披黑紗（特別塗料），對雷達電波有很大的吸收作用，使它的熒光屏上的回波信號變得很弱，稍不注意就滑脫了。這種飛機耳聰目明，只要對方雷達一開機，它左旋右轉就溜之大吉，根本不進入對方的有效射程，因此有“空中黑小姐”的美譽。
爲對付這兩種飛機，1958年10月，空軍地空導彈部隊成立。在1959年國慶節前夕，地空導彈部隊首次擔負首都防空作戰任務，劉亞樓千叮咛萬囑咐，以保證萬無一失。
10月7日，國民黨空軍上尉飛行員王英欽駕RB57D飛機以1.92萬米的高度竄入北京上空，劉亞樓在空軍指揮所裏密切地注視著它。
劉亞樓果斷下令使用地空導彈發射，並准確命中目標。RB57D飛機被擊中，飛行員王英欽喪命。
這也是世界防空史上首次使用地空導彈擊落飛機的先例。
在RB57D飛機被擊落後，國民黨空軍在兩年零三個月的時間內不敢再到大陸進行高空偵察。
20世紀60年代，美國的U-2飛機曾不可一世，美軍叫囂無人能打，連蘇聯也對其無可奈何。孰料中國的領空，卻成了它們的死亡之海
1962年1月起，國民黨空軍改用U-2高空偵察機對大陸進行偵察，遠達西北核試驗基地上空。此時中國正快馬加鞭研制“兩彈”，美國亟待了解中國發展核武器的進展情況，技術一流的B17偵察機、RB57D高空偵察機、P2V低空偵察機先後被我空軍擊毀後，便利用台灣空軍飛行員駕駛性能更優越的U-2飛機，深入大陸內地偵察照相，搜集情報。
這個黑色幽靈曾光顧過世界許多社會主義國家，爲美國當局搜集情報立下汗馬功勞。因爲它拍下了蘇聯在古巴興建中程彈道導彈基地的照片，使蘇聯在政治上陷入窘境，被迫全部拆除24枚中程地對地導彈。1960年，美蘇兩個超級大國差一點爲U-2間諜飛機事件打起來，在世界上引起軒然大波。
1960年，台灣當局從美國手裏接收了U-2飛機，挑選飛行員編成“第35氣象偵察中隊”。該中隊隸屬于國民黨空軍總部情報署，實際上是美國情報機構控制的一個戰略偵察中隊。因其隊徽是紅色底漆加1個黑貓頭，所以被稱爲“黑貓中隊”。
在當時解放軍的防空兵器中，只有蘇制薩姆2導彈才能對付U-2飛機。而能掌握此種尖端武器的，只有區區5個導彈營。
在北京“守株待兔”幾次未果後，劉亞樓同他的作戰班子識破了敵人的新花招，改變了既有戰法，選擇新的作戰地點，只留一個營的兵力繼續守衛北京，其余的營在U-2經常活動的航路上機動設伏。敵U-2偵察機的活動範圍遠達整個大陸，劉亞樓強調必須實行機動伏擊，采取“一錘子買賣”的作戰方法。
1962年8月27日，在夜幕掩護下，二營營長嶽振華率部由湖南長沙轉至江西南昌向塘隱蔽設伏。一個星期過去了，敵機還是不見蹤影。
劉亞樓定了一個密計，決定變“守株待兔”爲“引蛇出洞”，或稱“引魚上鈎”。9月7日，劉亞樓命令駐南京的一個轟炸機大隊公開大張旗鼓地轉移到南昌附近的一個機場，引誘敵機。
果然，第二天，國民黨空軍出動一架U–2飛機，由福州沿鷹廈鐵路北上。
劉亞樓果斷下令將其打下來。8時32分，地空導彈部隊二營以3枚導彈將敵U–2飛機擊毀，中校飛行員陳懷殒命。
首次擊落U–2高空偵察機，是劉亞樓采取地空導彈部隊開展機動作戰所取得的第一個戰果。這是中國擊落的第一架U-2飛機，也是世界上第一次打下U-2飛機。
周恩來聞訊後興奮異常，親自給地空導彈二營打電話祝賀。這時正好陳毅和夫人張茜、賀龍和夫人薛明在周恩來處做客。周恩來聽了這一振奮人心的消息，無比高興，欣然表示：“今天我請客，用茅台酒招待你們。”
可是廚師告訴總理沒有什麽好菜。周恩來聽後說道：“不要緊，我們就到北京飯店去高興高興吧！”
到了北京飯店，周恩來問大家想吃什麽菜，賀龍說：“我們就狗肉喝茅台吧！”陳毅十分贊成這個提議，他早就想解解饞啦！就這樣，邊議邊喝邊吃。陳毅吃得汗流浃背，滿臉紅光。賀龍不時撫摸著他的胡子，大口地喝茅台酒，大塊地夾著狗肉往嘴裏送。張茜卻是既高興又少言語，也許是有什麽心事吧……
“哎唷！”陳毅突然驚叫起來，接著就說道：“張茜啊，你踩得我的腳好疼喲！”
周恩來忙問陳毅：“發生了什麽事？”
陳毅轉身對著張茜笑道：“今天擊落黑小姐，總理高興得用工資請我們喝茅台吃狗肉，還給我們斟酒，你說能不喝一個痛快嗎？這回你就開開綠燈吧，不要老是踩我的腳嘛！”張茜對陳毅一向還是很寬容的，可是今天張茜看陳毅高興得像孩童一樣，怕他貪杯影響身體，更擔心在總理面前失態，桌面上又不好打招呼，怕掃大家的興趣，只好在桌底下暗做手腳，給陳毅以踩腳警告。誰知性情豪爽的陳老總喝得痛快，卻把秘密公諸于衆。
此話一出，樂得在場的個個捧腹大笑，周恩來更是笑得前仰後合。張茜羞得兩頰绯紅，連說：“火車進站，就你吼得凶。”無可奈何的她只好跟著大笑起來。
9月15日，首都各界一萬多人在人民大會堂舉行盛大集會，慶祝擊落U-2飛機。這件事也成爲國際輿論關注的焦點，一些輿論稱“對中國國防現代化應該重新評估”。
9月20日，劉亞樓帶著二營營長嶽振華到中南海向毛澤東、劉少奇、周恩來、朱德等黨和國家領導人當面彙報，受到很高的贊譽。
1963年10月，劉亞樓命令地空導彈部隊轉移到浙江、江西交界的地區潛伏。11月1日，嶽振華指揮二營擊落竄至甘肅後返回的一架國民黨U-2高空偵察機，擒獲跳傘的少校飛行員葉常棣。
1964年3月1日，空軍高炮獨立第四師成立，轄地空導彈3個營，嶽振華被任命爲副師長。他本來應該離開營長位置，卻被劉亞樓一個電話找去北京接受任務。
劉亞樓對手下的這位愛將說：“你這次出去，一定要打下一架敵機，這不僅是振國威揚軍威的大事，也是振奮我們空軍士氣的大事！如果李南屏的U-2出動，你能把它打下來，那就更好了，才算真有本事！”
李南屏何許人也，值得劉亞樓如此高看？
李南屏曾駕駛U-2飛機多次深入大陸偵察，其中一次進入地空導彈火網，他及時按下“12號系統”的警示，逃脫了攻擊。爲此，他受到蔣介石召見，並被授予“英雄”稱號。自U-2被擊落，國民黨飛行員幾乎皆成驚弓之鳥，對到大陸“出任務”談虎色變。惟有多次受蔣介石接見、名叫李南屏的“雙料英雄”、“空中飛虎”，竟在人前狂妄誇口：“共軍有飛彈，我偏要到他們的飛彈陣地上空去闖，它打不著我！”
劉亞樓記住了這個李南屏。
5月8日，嶽振華帶領二營從內蒙古出發，15日夜間進入漳州機場附近開設陣地。部隊偃旗息鼓，不校正兵器，禁止無線電通話，僞裝嚴密，在敵機的眼皮底下50多天，未被發現。
7月7日，由李南屏駕U-2飛機偵察中越邊境後，再返粵東一帶偵察。王錫舜駕另一架U-2飛機從上海入陸，配合李南屏的行動。又從偵察中隊出動一架飛機低空直飛大陸邊緣，目的是分散福建指揮機構的精力。
從11時30分起，北起上海，南至廣州，3架敵機，兩高一低，時而入陸，時而出海。嶽振華審時度勢，三易決心，准確判斷。部屬動作娴熟，配合默契，臨陣不亂。
12時25分，李南屏飛機在汕頭以南海面上空繞半圈後，直飛漳州。雷達穩穩地抓住目標，先使用“反電子預警1號”。12時36分，敵U-2飛機距陣地32.5公裏時，導彈營突然打開制導雷達天線。3秒鍾後，3發導彈沖天。李南屏看到“12號系統”警示燈亮起，想以30度坡度轉彎逃脫，但爲時已晚。
人們從漳州東南7公裏紅板村的U-2飛機殘骸中發現，李南屏在座艙中，已死亡。
台灣桃園指揮所一直監控著李南屏的行蹤，突然從無線電中聽到李南屏連呼三聲“12號高頻亮起！”之後杳無音信。台灣方面自知情況不妙，當天就出動大批艦船、飛機，四處尋找。
擊斃有國民黨“空中飛虎”之稱的中校飛行員李南屏，劉亞樓欣喜異常，親自趕到漳州向二營官兵祝賀。
這次二營再次擊落國民黨U-2高空偵察機後，劉亞樓代表中央軍委、國防部和空軍首腦機關專程從北京赴漳州參加祝捷大會。主持會議的一位地方領導，講話含糊不清，東拉西扯。
劉亞樓當衆奪過話筒，怒斥道：“你不懂，就不要亂彈琴！”衆人皆驚。
毛澤東曾當面提醒過劉亞樓：“劉亞樓哇，你不要鋒芒畢露，要鋒芒半露嘛！”
劉亞樓還就這次擊落台灣國民黨一架U-2高空偵察機及擊斃國民黨王牌飛行員李南屏的勝利，親自向中央軍委起草報告。
毛澤東在劉亞樓的報告上批示道：“亞樓同志，此件看過，很好，向同志們致賀！”
毛澤東對周恩來說：“這個部隊在哪裏？我要見見他們。”
劉亞樓再次帶著二營全體指戰員晉見毛澤東等中央領導。
毛澤東興致勃勃，風趣地對劉亞樓說：“爲什麽你不讓別的部隊去打仗，都鍛煉一下嘛！美蔣就那麽幾架U-2飛機，你作個計劃，不夠我們打的嘛！”
1964年10月16日，中國成功地在羅布泊爆炸了第一顆原子彈。這說明用不了多久，中國就可把氫彈制造出來。爲查清這個問題，美方決定U-2飛機對蘭州、包頭進行重點偵察，並在U-2飛機上增加兩項設備。一是紅外線照相設備，可在夜間實施紅外照相。二是加裝了“13號系統”，采用“角度欺騙回答式”幹擾，當它收到我制導雷達訊號後，即放出U-2飛機的假訊號，由于制導雷達跟蹤的是假訊號，發射的導彈不可能擊中真目標。
1964年11月26日，一架U-2飛機夜間竄犯蘭州上空。當該機鑽進火力範圍，二營立即使用“反電子預警1號”和“近快戰法”，距U-2飛機33.5公裏時發射3發導彈。由于敵機使用“13號系統”，地面制導雷達跟蹤的是假訊號，沒有命中目標。U-2飛機趁機返航。
針對U-2飛機“13號系統”的功能，劉亞樓指示空軍研制“反電子預警2號”。地空導彈各營針對U-2飛機夜間活動規律和特點，進行了多次演練。
1965年1月10日18時，台北桃園機場，身著高壓服的蔣軍飛行員張立義，在別人的幫助下，進了3512號U-2飛機的座艙。飛機迅速起飛。
出發前隊長告訴他：這架飛機上裝著美國先進的反地空導彈的電子預警裝置，你只要按動一個電鈕，就放出強烈的電子幹擾，使導彈偏離正確軌道。所以他充滿了安全感。
19時56分，飛機從山東海陽入陸，高度2萬米，經黃骅、大同飛向包頭。隱蔽設伏在包頭的我地空導彈第一營，當天下午就作好了戰鬥准備。
當張立義飛機接近包頭、准備使用紅外相機照相時，一營使用“反電子預警2號”，使U-2飛機上的“12號系統”完全失靈。緊接著3發導彈升空。張立義來不及使用“13號系統”，飛機就被導彈擊毀。張立義糊裏糊塗地跳傘被擒。這是地空導彈部隊第一次夜間擊落U-2飛機。這次戰鬥繳獲了一整套裝在機上的“13號系統”電子幹擾裝置。
1967年9月8日上午，“黑貓”中隊飛行員黃榮北上尉，駕駛U-2飛機偵察滬杭地區。隱蔽設伏在嘉興機場的地空導彈第十四營，首次使用中國自制的“紅旗”2號地空導彈和新的反電子幹擾裝置，徹底破解了對方的“回答式”幹擾，將U-2飛機擊毀。黃榮北死于座艙。飛機殘骸落于海甯縣西南5公裏星光村。
至此，中國空軍地空導彈部隊用現代化的兵器，開展遊擊戰，擊落了敵5架U-2高空間諜飛機。
