27 июля 1920 в честь 2-го конгресса 3-го Интернационала состоялся полёт свободного аэростата. Н. Д. Анощенко, И. И. Олеринский и Л. Э. Куни поднялись на аэростате с Красной площади в Москве, достигли высоты около 5000 м и приземлились у г. Богородска. С 1921 начались регулярные полёты на аэростатах с учебной и тренировочной целями и одновременно проводились научные наблюдения. 26 января 1921 Совет труда и обороны постановил создать специальную комиссию для разработки программы по В. и авиационному строительству. Было проведено несколько конкурсов на создание лучших образцов воздухоплавательных аппаратов. 8—9 ноября 1922 Н. Д. Анощенко, И. И. Мейснер и Н. Г. Стобровский на свободном аэростате совершили полёт продолжительностью 22 ч 10 мин на расстояние 1273 км (из Москвы до озера Лиекса в Северной Карелии). Это было рекордное достижение. 12 октября 1924 Обществом друзей воздушного флота были проведены первые Всесоюзные воздухоплавательные состязания, в которых участвовало 8 аэростатов (5 аэростатов объёмом по 640 м³ , 2 — по 1437 м³ и 1 — 2000 м³ ). Была достигнута наибольшая высота 2485 м и продолжительность полёта 23 ч 10 мин .

  После окончания 1-й мировой войны в США, Франции, Италии, Германии и других странах продолжалось строительство дирижаблей различных систем объёмом от 1400 м³ (полумягкая система) до 184 тыс. м³ (жёсткая система) для перевозки пассажиров, грузов и для военных целей. Достижения В. в этих странах нашли своё отражение в полётах дирижаблей 20-х гг. В мае 1926 норвежец Р. Амундсен на дирижабле полужёсткой системы «Норвегия» (конструкции итальянского инженера У. Нобиле) объёмом 18,5 тыс. м³ , оборудованном 3 двигателями мощностью по 185 квт (250 л. с.), совершил за 71 ч беспосадочный перелёт с о. Шпицберген через Северный полюс на Аляску. В 1928 на таком же дирижабле У. Нобиле отправился в полёт через Северный полюс. В 1929 немецкий дирижабль жёсткой системы «Граф Цеппелин» объёмом 105 тыс. м³ совершил с 3 промежуточными посадками кругосветный перелёт протяжённостью 35 тыс. км за 21 день. Средняя скорость полёта была 177 км/ч . Позже, в 1932—37, дирижабль, совершив 136 полётов в Южную Америку и 7 полётов в США, перевёз 13 110 пассажиров.

  В 30-е гг. для изучения стратосферы в разных странах совершались полёты на стратостатах. 27 мая 1931 бельгийцы А. Пикар и М. Кипфер на стратостате объёмом 14 300 м³ пробыли в воздухе 16 ч и поднялись на высоту 15 780 м , а 12 августа 1932 на том же стратостате Пикар и М. Козине пробыли в воздухе 11 ч 45 мин и поднялись на высоту 16 370 м . 30 сентября 1933 советские стратонавты Г. А. Прокофьев, К. Д. Годунов и Э. К. Бирнбаум на стратостате (конструкции К. Д. Годунова) «СССР-1» объёмом около 25 тыс. м³ достигли высоты 19 тыс. м , пробыв в воздухе 8 ч 20 мин . 30 января 1934 советские стратонавты П. Ф. Федосеенко, А. Б. Васенко и И. Д. Усыскин на стратостате «ОАХ-1» объёмом 24 920 м³ достигли высоты 22 тыс. м , пробыв в воздухе 7 ч 04 мин . 11 ноября 1935 американские стратонавты А. Стивенс и О. Андерсон на стратостате «Эксплорер-2» объёмом 105 000 м³ поднялись на высоту 22 066 м . Полёты стратостатов и шаров-зондов с автоматическими радиопередатчиками до высоты 40 км значительно расширили применение В. для научных исследований.

  В СССР В. получило распространение также и в спортивных целях — в состязаниях на продолжительность, высоту и дальность полёта. 9 марта 1935 пилот В. А. Романов и профессор И. А. Хвостиков на аэростате с открытой гондолой достигли высоты 9800 м , а 3 сентября 1935 И. И. Зыков и А. М. Тропин на аэростате объёмом 2200 м³ осуществили рекордный полёт продолжительностью 91 ч 15 мин из Москвы в Актюбинскую область, 29 сентября — 4 октября 1937 на советском дирижабле «СССР В-6» объёмом 19 тыс. м³ с 3 двигателями мощностью по 177 квт (240 л. с. ) был установлен мировой рекорд продолжительности полёта — 130 ч 27 мин . На борту дирижабля находились 16 человек экипажа: командир экипажа И. В. Паньков. Наибольших успехов среди женщин добилась А. П. Кондратьева, которая 14—15 мая 1939 на сферическом аэростате «СССР ВР-31» объёмом 600 м³ пролетела за 22 ч 44 мин расстояние 481 км . 16 марта 1941 С. С. Гайгеров и Б. А. Невернов совершили рекордный (по продолжительности и дальности) полёт на аэростате из Москвы в Новосибирскую область, пролетев за 69 ч 20 мин 2767 км . К началу Великой Отечественной войны из 24 официально зарегистрированных мировых рекордов в области В. 17 были завоёваны советскими воздухоплавателями. Широкое применение В. нашло в годы Великой Отечественной войны 1941—45. Аэростаты наблюдения вели длительную артиллерийскую разведку, корректировали огонь батарей. Большое распространение в системе противовоздушной обороны гг. Москвы, Ленинграда и других от налётов немецко-фашистской авиации получили аэростаты заграждения (АЗ). Значительный вклад в создание совершенных конструкций АЗ внесли коллективы инженеров, руководимые В. Н. Архангельским, К. Д. Годуновым. В обеспечении надёжной эксплуатации АЗ большую роль сыграли военные инженеры, подготовленные в Военно-воздушной инженерной академии им. Н. Е. Жуковского профессорско-преподавательским составом, возглавляемым профессором В. А. Семёновым. Кроме привязных аэростатов, в дни войны для перевозки специальных грузов в тылу применялся дирижабль мягкой системы «В-12» объёмом 3 тыс. м³ . В 1944 под руководством инженера Б. А. Гарфа был сконструирован и построен дирижабль «Победа» объёмом 5 тыс. м³ , показавший отличные лётные качества. С 1945 по 1947 этот дирижабль применялся на Чёрном море для отыскания минных полей, затонувших судов и др. Начиная с 1950-х гг. полёты отечественных дирижаблей прекратились. В США и ФРГ до 1960-х гг. эксплуатировалось несколько дирижаблей мягкой системы. Большинство их полётов совершалось с рекламными целями.

  После окончания Великой Отечественной войны спортивное и научное В. в Советском Союзе продолжает развиваться. 3 июля 1945 на аэростате «СССР ВР-70» объёмом 600 м³ поднялись в воздух С. А. Зиновеев и А. М. Боровиков для научных наблюдений атмосферного электричества, а 9 июля 1945 с аэростата «СССР ВР-63» они провели наблюдение солнечного затмения. 11 ноября 1945 на субстратостате «ВР-79» объёмом 2700 м³ Г. И. Голышев и М. И. Волков поднялись на высоту 11 500 м для изучения физических явлений в верхних слоях атмосферы. 27 апреля 1949 на аэростате «СССР ВР-79» объёмом 2700 м³ П. П. Полосухин и А. Ф. Крикун поднялись на высоту 12100 м . 25—28 октября 1950 советские аэронавты С. А. Зиновеев, С. С. Гайгеров и М. М. Кирпичёв совершили полёт на том же аэростате из Москвы в Казахстан, пролетев по прямой около 3200 км за 84 ч 24 мин . Полёт происходил на высоте более 5 тыс. м . 50-е гг. ознаменовались большим скачком в изучении физики атмосферы и, в частности, закономерностей движения воздушных масс. Были открыты так называемые струйные течения в атмосфере. Возникла возможность создания карт струйных течений над всем земным шаром и прогнозирования трассы полёта аэростата с момента его старта на несколько суток предстоящего полёта. Одновременно с расширением знаний по физике атмосферы произошли и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Химическая промышленность выпустила новые пластические материалы для изготовления оболочек аэростатов (полиэтилен, полиэтилен-терефталат и др.). Эти материалы прозрачны, прочны, морозостойки, очень легки (1 м² такой плёнки весит 30—50 г ) и мало нагреваются лучами Солнца. На аэростате, выполненном из таких материалов, можно достичь высоты около 40 км и продолжительности полёта более 15 суток. Достижения радиотехники, электроники, автоматики, точного приборостроения и др. позволили создать надёжно летающие и выполняющие сложную исследовательскую программу беспилотные свободные аэростаты, называемые автоматическими аэростатами. Ими пользуются для изучения воздушных струйных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях стратосферы, как стартовыми площадками для запуска метеорологических ракет и подъёма телескопов и т.д.