1937年11月，我党同新疆边防督办盛世才建立了统一战线关系，党中央政治局委员、驻新疆第一任代表陈云，高瞻远瞩运筹，利用苏联援助盛世才建起来的新疆航空队，经过谈判，报请党中央批准，从进入迪化（今乌鲁木齐）的西路军余部以及延安抗日军政大学和摩托学校中挑选了符合条件的25名飞行学员、18名机械学员，组建了我党第一支航空队到盛世才的航空队学习。吕黎平被陈云指定为航空队进行为期四年半的空、地勤技术学习。这43人是三个清一色：共产党员、经过长征、红军连至团级干部。

    空军是现代高科技军种，飞行是脑力与体力相结合的特殊劳动。所以飞行员必须具备大胆而细心、沉着而机敏、准确而迅速的素质。吕黎平虽然经过半年多的数理化的实习，仍不能在课堂上完全听懂《飞行原理》、《发动机的构造》、《空气动力学》等课程，其他同学多数文化程度更低。有的教员讽刺说对这期学员上理论课是“对牛弹琴”，根本学不出来。吕黎平等在困难面前没有退缩，而是知难而进，在党中央驻新疆第二任代表邓发、第三任代表陈潭秋的直接领导下，党支部组织小先生制，能者为师，互学互帮，例如用萝卜切成立方体、三角形等几何形体，领悟体积、乘积的几何概念，用类似的“土办法”解决了不少飞行中的难题。吕黎平经过一个多月的地面刻苦学习与三个月空中训练，学会并单独掌握了初级教练机在空中所有能做的技术课目。

    1941年秋，吕黎平以优良的成绩完成了四种型号飞机的飞行课目训练，按当初与盛世才订的协议，他毕业后可以授予中尉军阶，月薪200元（与陆军中校相近），可以结婚，成为“天之骄子”。当时，迪化女中有一位姑娘主动向吕黎平抛出绣球而被婉拒。当飞行军官的飞行时间比当学员少一半。吕黎平全面权衡得失之后，主动向陈潭秋提出，为了多飞，掌握更高的战斗技能，建议推迟毕业时间。他宁愿当上士，月薪20元，也要学好飞行技术，不要当军官。中央代表同意上述建议，说服全队同学，经盛世才批准，推迟到1942年夏毕业。当这一情况流传到航空队和迪化社会之后，不少人百思不解，说这批人傻得不可开窍，有钱不要，有官不当，有姑娘找上门不谈，真是怪人，不懂情的“木头人”。吕黎平听了一笑了之说：旧社会的军官怎能理解我们共产党人的坚定信念和取舍标准呢？

    1942年7月，吕黎平等我军第一代飞行员已飞行300小时1000个起落，成为我党第一代技术精湛的“上天人”，正待上前线杀敌之时，盛世才却撕掉他亲苏、亲共的假面具，把他请到新疆帮助建设和航空队成员等中共全部人员打入监牢，长达三年又九个月之久。