民国32年（1943年），盟军美国空军第十四航空队（即原陈纳德指挥的援华“飞虎队”）决定将西安机场作为其中国北战场前线机场，配合地面作战并对日军后方实施战略轰炸。根据这一需要再次扩建西关机场，将主跑道延长至1800米，并增修碎土石辅跑道1条及滑行、停机、疏散各道，使之可供单支点12吨以下飞机使用；同时增修拖机道6.3公里、机窝掩体38个、机棚3座及其他相关设施，机场四至拓展到东起西郭门沿草阳村外向南，经东、西桃园，折向西南至赵家坡，过响唐寨，折北至李家庄、马家寨，再向东至清安村与西郭门相连，机场占地面积增至3664.7亩。

民国35年（1946年）春，国民党为发动全面内战，又将西关机场跑道延长至2300米，以供美制B-24轰炸机、B-25轰炸机、C-46运输机、C-47运输机等大型轰炸机、运输机起降。

西安解放前夕，大部分机修及地勤保障设备被运走，一些军事设施被炸毁。1949年5月20日西安解放。中国人民解放军西北野战军空军接管西安机场时，仅有泥结碎石跑道1条（2300×50米），泥结碎石停机坪2处5000平方米，推（拖）机道、机窝、掩体等设施40余座和3座1800平方米混凝土结构机棚库。

1950年经恢复性整修，西关机场交军委民航局西安航空站、中苏航空公司西安航空站和兰州军区空军西安场站共同使用。

1957年，中国民用航空局机场鉴定小组对西安西关机场进行全面鉴定后认为：“机场处于市区范围，两端净空不佳，不能作永久机场使用”，建议对机场实施改造，按三级机场使用。

1958年至1961年，机场增建20000平方米泥结碎石停机坪、3950平方米三层候机大楼及2700平方米货运库房、车库、食堂等辅助建筑，配置简易夜航灯光。

虽然机场发展与城市建设矛盾日趋突出，但一时尚难确定替代机场方案。

1966年6月，经中国人民解放军空军与中共陕西省委同意，以“民用为主，兼顾军用”原则报请扩建西安机场。经批复同意后，由陕西省人民政府、西安市郊区政府、兰州军区空军、民航陕西省管理局、建筑工程部五局等单位组成西安机场工程指挥部。工程由民航总局设计所负责设计，中国人民解放军211部队负责施工。1966年8月动工，1967年4月30日竣工，5月4日机场恢复正常航班。

经扩建，新增长2200米、宽45米混凝土主跑道1条，与主跑道平行宽18米滑行道1条及站坪、停机坪、警戒坪、空军停机坪等40000平方米；新建西南端远、近归航台，超短波定向台，东北端近归航台；增建主降方向的盲降设备台，夜航灯光；改建中心发讯台，有线通信及相应遥控线路等导航设施；新建500吨航空油库、机务厂房、航空器材库、气象台及水、暖、电站等建筑4800平方米，机务修理车间2100平方米，机场占地面积增加296亩。

经扩建后的西安机场可以接受伊尔-18客机和三叉戟客机起降，解决了当时航空运输业务的紧迫需要。

20世纪80年代后，西安机场不能接受更大机型的飞机起降，难以适应社会经济发展需要的矛盾再度突出。

虽然1984年已确定迁建西安咸阳国际机场，但为解决西安咸阳国际机场建成前的紧迫需要，西安机场又于1985年和1987年二度扩建跑道，将机场跑道伸长至2500米，油库扩建至储油容量6980立方米，使之可供图-154客机起降。

1991年9月西安咸阳国际机场启用后，西安机场废弃。除保留原有工作、生活区及少量住宅用地外，其余土地上交西安市政府。

至1990年末，西安机场拥有候机、服务、航务保障、飞机修理、通信导航、航材供应、供储油、水暖电路等安全保障设施齐全的各式建筑21.67万平方米，历年累计投资5382.74万元；机场跑道、机坪等建筑面积26.57万平方米，历年累计投资1277.12万元；合计投资6659.86万元（不含设备）。