TUDM mengalami modernisasi secara berperingkat mulai tahun 1970 sehingga tahun 1990. Selepas Setiausaha Pertahanan, Denis Healy mengumumkan pengunduran pasukan tentera British daripada pangkalan-pangkalan di timur jauh (kecuali Hong Kong), TUDM dijangka akan mengambil alih tanggungjawab pertahanan udaranya sendiri.

Dalam tahun 1975, TUDM menerima penghantaran 16 buah pesawat Northrop F-5E Tiger II dan 4 buah pesawat F-5B Tiger (pesawat ini kemudiannya digantikan dengan 4 buah pesawat F-5F). Keupayaan peninjauan diperolehi dengan pembelian 2 buah pesawat RF-5E Tigereye. Selepas itu, TUDM telah menerima pesawat Aermacchi MB339AM untuk latihan juruterbang jet pejuang yang diterima dalam tahun 1983 dan 44 buah pesawat Pilatus PC-7 mulai tahun 1984.

Pemodenan TUDM melonjak dengan pembelian 88 buah pesawat jenis McDonnell Douglas A-4C Skyhawk milik Tentera Laut Amerika Syarikat. TUDM telah melantik syarikat Grumman Bethpage untuk memodenkan pesawat-pesawat tersebut ke tahap A-4PTM (Peculiar to Malaysia) yang hampir sama dengan standard A-4M kegunaan Tentera Laut Amerika Syarikat dan Kor Marin Amerika Syarikat.

Era 90an melihat penerimaan pesawat BAE Hawk Mk108/208 diikuti oleh MiG-29N/NUB pada tahun 1995 untuk memantapkan penguasaan udara dan akhirnya penghantaran F/A-18D Hornet pada tahun 1997. Pada tahun 2003, kontrak telah ditandatangani melibatkan pembelian lapan belas buah pesawat Su-30MKM yang diperolehi pada tahun 2007. Pada 8 Disember 2005, TUDM sekali lagi telah menandatangani kontrak pembelian empat pesawat A 400M yang dijangka bakal diterima pada tahun 2016