第3飞行师团（だいさんひこうしだん）是日本帝国陆军所属的航空师团之一。前身为1939年组建的第3飞行集团，1942年改组为第3飞行师团，军事编号3FD，为1941年日本正式对美国宣战后在中国战场的主要空中作战部队。
日本帝国陆军在中国大陆的空军部队分成两个单位，一个是关东军所属的关东军飞行队（1935年扩编为关东军飞行集团，后改组为第二飞行团），大部分的陆军航空队是直属在1936年成立于东京航空兵团之下；随着1937年中国事变战事白热化，战力需求孔急，全由东京遥控指挥已不务实；在1937年7月15日，日本陆军抽调航空兵团的部分兵力组成临时航空兵团，配属给华北方面军用于中国华北战场。
随着日本陆军战场扩张，临时航空兵团也不能持续从本土抽调飞行战队轮替。因此在1938年4月，中国战场的“临时航空兵団”改为“航空兵団”。1939年（昭和14年）9月1日大陆命第344号，“航空兵団”从北支那方面军转隶関东军，调満州国。但诺门罕战役并未参战只作为守卫满州使用。
原属航空兵团的指挥体系并未瓦解，其半数兵力在1939年9月1日于南京成立第3飞行集团。编入第四飞行团后，继续担负中国战场北部的空中战斗任务。
1942年之前，日本帝国陆军与帝国海军同时在中国战场均有驻扎空中武力，除了如重庆大轰炸时会协调共同作战，大部分时间是以地域为任务分界，长江以北为陆军担负任务，长江沿线则是日本帝国海军第一连合航空队、第二连合航空队驻扎。
由于1941年日本取得中国战场的全面制空权，加上对美国开战迫在眉睫，第3飞行集团在1941年11月6日移编南方军，参与马来亚战役、荷兰东印度群岛战役、缅甸战役等。1942年4月15日，为填补帝国海军对美国开战的战力空缺，第3飞行集团调回中国战场后扩编为第3飞行师团，隶属于中国派遣军，作为中华民国空军及美国空军驻华特遣队在中国战场的主要空战对象多度交锋。
1944年2月14日，第3飞行师团解散，组织所属单位保留，并纳编自日本本土抽调的生力军扩编为第5航空军，迎接随之而来的一号会战。
- 木下敏 中将：1939年9月1日 -
- 菅原道大 中将：1941年9月15日 - 1942年4月15日
- 菅原道大 中将：1942年4月15日 -
- 中薗盛孝 中将：1942年7月9日 - 1943年9月9日戦死
- 下山琢磨 中将：1943年9月11日 - 1944年2月14日
- 参谋长：吉井宝一大佐
- 参谋（作战）：宫沢太郎中佐
- 参谋（情报）：高田増実少佐
- 参谋（后方）：浜田要少佐
- 兵器部长：平山清助大佐
- 経理部长：藤森范英主计中佐
- 军医部长：安冈正威军医大佐
- 1939年成立时
- 战斗部队
- 第1飞行团
- 独立飞行第10中队（战斗机）
- 独立飞行第83中队（侦察机）
- 第90飞行战队（九七式轻轰炸机）
- 第60飞行战队（九七式重轰炸机）
- 独立飞行第16中队（侦察机）
- 后勤部队
- 第2野战机场设定队
- 第15野战航空厂
- 兵站自动车第1中队
- 兵站自动车第13中队
- 兵站自动车第64中队
- 兵站自动车第65中队
- 防御单位
- 第12师团第1野战高射炮队
- 第12师团第2野战高射炮队
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- 机场部队
- 第15航空地区司令部
- 第17航空地区司令部
- 第18航空地区司令部
- 第91飞行场大队（轻轰炸机）
- 第92飞行场大队
- 第96飞行场大队（重轰炸机）
- 第1飞行场中队
- 第67飞行场中队
- 第68飞行场中队
- 第86飞行场中队
- 通讯部队
- 第15航空通信队
- 第15航空情报队
- 第16航空通信队
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- 1942年新加坡战役期间
- 战斗部队
- 第3飞行团，指挥官远藤三郎少将
- 第59飞行战队（九七式战斗机、一式战斗机混编）
- 第27飞行战队（九九式攻击机）
- 第75飞行战队（九九式双发轻轰炸机）
- 第90飞行战队（九九式双发轻轰炸机）
- 第7飞行团，指挥官山本健儿少将
- 第12飞行战队（九七式重轰炸机）
- 第60飞行战队（九七式重轰炸机）
- 第98飞行战队（九七式重轰炸机）
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- 战斗部队
- 第12飞行团，指挥官青木武三少将
- 第1飞行战队（九七式战斗机）
- 第11飞行战队
- 第15独立飞行队（侦察机）
- 独立飞行第50中队（九七式、百式司令部侦察机）
- 独立飞行第51中队（九七式、百式司令部侦察机）
- 第81飞行战队（百式司令部侦察机）
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- 1942年浙赣战役（1942年8月）状况
- 战斗部队
- 第1飞行团，司令部汉口
- 司令部直辖
- 独立飞行第18中队（司令部侦查机）
- 飞行第44战队（军级直辖侦察机）：九七式司令部侦察机
- 独立飞行第83中队（军级侦查机）
- 第8直协飞行队，司令部南京
- 飞行第24战队（战斗机）：一式战斗机
- 飞行第54战队（战斗机）：九七式战斗机
- 独立飞行第10中队（战斗机）：一式战斗机
- 飞行第90战队（轻轰炸机）：
- 飞行第65战队（轻轰炸机）：
- 飞行第62战队（重轰炸机）：
- 第260独立飞行队
- 第29独立飞行队（侦察机）
- 1944年改组前夕
- 战斗部队
- 飞行师司令部直辖
- 独立飞行第18中队（司令部侦查机）：青木秀夫少校
- 独立飞行第83中队（军级侦查机）：浜野宗房少校
- 独立飞行第55中队（司令部侦查机）
- 独立飞行第85中队
- 飞行第44战队（侦察机，福泽丈夫中校） ：支援第11军作战
- 第8直协飞行队：支援第13军陆上作战之临时任务编组
- 第1飞行团，司令部汉口，指挥官小林孝知上校
- 飞行第16战队（九九式双发轻轰炸机）：甘粕三郎中校
- 飞行第25战队（一式战斗机）：坂川敏雄少校
- 飞行第23战队（战斗机）：
- 濑户部队（指挥官瀬戸克己战队长）
- 飞行第90战队（九九式双发轻轰炸机）：三木了中校
- 飞行第33战队（一式战斗机）：
- 机场部队
- 第3航空地区司令部：高崎荣作中校
- 第5航空地区司令部：山田与吉中校
- 第16航空地区司令部：伊藤正一中校
- 第18飞行场大队（轻轰炸机）
- 第31飞行场大队（轻轰）
- 第57飞行场大队（侦察）
- 第91飞行场大队（轻轰）
- 第96飞行场大队（重轰）
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- 教育部队
- 第105教育飞行团，司令部北京，指挥官近藤三郎上校
- 第114教育飞行连队（战斗）
- 第115教育飞行连队（司令部级侦查）
- 第118教育飞行连队（战斗）
- 通讯部队
- 第15航空通信队：吉村清中校
- 第5航空固定通信队
- 第6航空情报连队：许斐専吉中校
- 第5航空测量队：我部俊雄上尉
- 中国派遣军气象队：太田铎治中校
- 后勤部队
- 第15野战航空厂
- 第23航空分厂
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- 秦郁彦编《日本陆海军総合事典》第2版、东京大学出版会、2005年。
- 外山操・森松俊夫编著《帝国陆军编制総覧》芙蓉书房出版、1987年。
- 《别册历史読本 戦记シリーズNo.32 太平洋戦争师団戦史》、新人物往来社、1996年。
- 木俣滋郎《陆军航空队全史》航空戦史シリーズ90、朝日ソノラマ、1987年。
- 防卫研修所战史室《陆军航空の军备と运用（3）大东亜戦争终戦まで》 朝云新闻社〈战史丛书〉、1976年。
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