Практически весь 1936 г. в бригаде ушел на освоение новой матчасти — истребителей И-16. В течение года округ получил 102 таких истребителя, большая часть из которых попала в 111-ю авиабригаду. При этом 11-я и 12-я эскадрильи в плане боевой подготовки успели только пострелять по щитам, что, однако, не помешало в течение года провести 11 лётно-тактических учений. Заметно «бодрее» боевая подготовка пошла в 1937 г. К этому времени 111-ю авиабригаду возглавил майор Н.Л.Степанов, ранее занимавший должность начальника штаба той же бригады, а штаб, в свою очередь — майор Н.П.Абрамов, остававшийся на этой должности вплоть до конца 1940 г. — редкая по тем временам стабильность для быстрорастущих ВВС РККА. Одновременно продолжался и численный рост бригады, к 1937 г. начитывающей уже четыре эскадрильи.
Военные конфликты второй половины 30- х годов, в которых прямо или косвенно принимал участие Советский Союз, не обошли стороной и Ленинградский военный округ, в том числе и 111-ю авиабригаду. Первые летчики-добровольцы из бригады отправились на Пиренеи защищать Республиканскую Испанию от войск мятежного генерала Франко уже в январе 1937 г. В составе третьей группы летчиков, убывших из СССР в Испанию, было четверо пилотов 111-й авиабригады: лейтенанты К.Д.Беляков и В.В.Пузеикин из 11-й ИАЭ и лейтенанты А.А.Зайцев и Н.С.Виноградов из 12-й ИАЭ. Летчики продемонстрировали незаурядные бойцовские качества, все четверо были награждены орденами Красное Знамя, причем Зайцев и Пузейкин — дважды! За непродолжительное время командировки лейтенант Зайцев по некоторым данным одержал до восьми воздушных побед, ещё один самолет противника был на счету лейтенанта Пузейкина. В этой командировке были и первые потери: самолет К.Д.Белякова в ходе одного из боевых вылетов был подбит огнем с земли, летчик получил ранение, и на этом его командировка закончилась. Остальные пилоты вернулись из Испании в августе — начале сентября 1937 г. Дабы не уходить в сторону от темы работы, отметим лишь, что всего с января 1937 г. по апрель 1938 г. с фашизмом в Испании сражался 21 летчик-истребитель ВВС ЛВО, из которых шестеро погибли в боях. Большинство побывавших в Испании летчиков, такие как И.Г.Девотченко, А.А.Зайцев, Е.Н.Степанов, Н.Т.Сюсюкалов и другие впоследствии заняли командные должности в частях ВВС ЛВО. Практически все принимавшие участие в боях на Пиренеях летчики бригады были награждены одной- двумя правительственными наградами, а некоторые из них имели на своем счету по нескольку сбитых самолетов противника.
Пока лучшие кадры 111-й авиабригады сражались в Испании, в самой бригаде в конце лета — начале осени 1937-го произошли существенные изменения. Очень сложные и напряженные отношения между СССР и Японией, а также регулярно возникающие конфликты на границе с марионеточным государством Маньчжоу-Го, фактически целиком подконтрольном Японии, требовали усиления группировки РККА, в том числе и ВВС. В конце августа — начале сентября 1937 г. 10-я и 11-я ИАЭ были переведены на новые штаты и 3–4 сентября направлены для дальнейшей службы на восток, в состав ВВС Отдельной Краснознаменной Дальневосточной Армии. А спустя неделю на базе 111-й авиабригады началось формирование Управления 33-й авиабригады, предназначенной для всё той же ОКДВА.
Отправка на Дальний Восток наиболее подготовленных эскадрилий сильно ударила по боеспособности бригады. Хотя немедленно после убытия личного состава в бригаде началось формирование новых 69-й и 70-й ИАЭ, а в ноябре к ним присоединилась еще и свежесформированная 58-я ИАЭ, личный состав, поступивший на формирование новых эскадрилий, в основной своей массе был молодым, недавно окончившим летные школы, поэтому командованию бригады пришлось начинать все заново. Некоторое время единственным боеспособным подразделением бригады была 13-я ИАЭ капитана П.Н.Анисимова.
По состоянию на 1 февраля 1938 г. в составе ВВС ЛВО было 705 экипажей, в том числе 130 летчиков-истребителей. Весной 1938 г. ВВС ЛВО, как и вся авиация Красной Армии, начали переход на новую штатную структуру. В истребительной авиации переформирование эскадрилий в полки шло полным ходом. До конца года в ЛВО было переформировано и сформировано заново семь истребительных авиаполков, правда, не все они успели закончить формирование. В числе первых реорганизации подверглась 111-я авиабригада. 22 марта Управление бригады переводилось на новый штат (15/865-Б) и получило наименование «Управление 54-й легкой авиационной бригады». На базе 70-й ИАЭ развертывался 19-й истребительный авиаполк, на базе 69-й ИАЭ — 26-й ИАП, 12-я ИАЭ стала основой для формирования 44-й ИАП. Все полки формировались в составе Управления по штату 15/828 из четырех эскадрилий по штату 15/806Д (15 истребителей и летчиков). Недавно сформированная 58-я ИАЭ и входившая в состав бригады 33-я разведэскадрилья службы наблюдения и связи (СНиС) расформировывались, а их личный состав передавался на доукомплектование полков бригады. На базе 111-й школы младших авиаспециалистов, 111-го авиапарка и 111-го батальона связи формировалась 114-я авиационная база. Командиром бригады назначался полковник М.И.Марцелюк, военкомом — майор Л.М.Меринов. В сентябре 1938 г. Марцелюка на посту командира бригады сменил майор Н.П.Анисимов, ранее командовавший сначала 13-й ИАЭ, а затем 7-м ИАП. 11 июля 1938 г. постановлением Главного Военного Совета РККА 54-я авиабригада передавалась в распоряжение 2- го корпуса ПВО, отвечавшего за ПВО Ленинграда. Командир бригады назначался заместителем командира корпуса по авиации.
