I riksdagens försvarsbeslut 1936 ingick en förstärkning av Flygvapnet, och efter krigsutbrottet 1939 tillkom en rad nya flygflottiljer. Förutom Bråvalla flygflottilj var det Blekinge flygflottilj, Hallands flygflottilj, Hälsinge flygflottilj och Upplands flygflottilj.
Placering av försvarsverksamhet var då – liksom i dag – både en försvarspolitisk och en regionalpolitisk fråga. Ett argument för Norrköping, som framfördes av lokala myndigheter och press, var att den viktiga industristaden behövde ett luftförsvar.
Beslutet att sätta upp Kungliga Bråvalla flygflottilj togs 1942 och den 1 juli året därpå invigdes flottiljen, som då var långt ifrån färdig. Staben var inhyrd i Stora Hotellet, de värnpliktiga bodde på Frälsningsarméns hotell och de två flygplanen stod på Kungsängens flygplats. Den första chefen var major Lage Thunberg, som senare blev general och flygvapenchef.
Flygflottiljen anlades huvudsakligen på gården Sörbys mark och huvudbyggnaden inlöstes av kronan för att bli officersmäss. Kanslihus, kaserner, marketenteri, flygledartorn, hangarer och en lång rad andra byggnader uppfördes. Det dröjde innan start- och landningsbanor byggdes, men gräsfältet dög för den tidens propellerplan.
De två flygplan som flottiljen tilldelats var den brittiska dubbeldäckaren Gloster Gladiator och det svenska, obeväpnade provflygplanet Sparmann S 1-A. Ett år senare förstärktes försvaret av Norrköping med en fulltalig jaktdivision Fiat CR.42 Falco. De dubbeldäckade Fiat-planen betraktades som ett nödköp. Italien var ett av få länder som var berett att exportera stridsflygplan under pågående världskrig.
Sommaren 1944 levererades det nya svenska stridsflygplanet FFVS J 22 till Bråvalla och ett år senare var samtliga tre divisioner på plats. Den efterlängtade J 22:an var ”modern, vändbar och snabb och med god eldkraft”, sammanfattande piloten Gunnar Writler i jubileumsboken Bråvallavingar.
När Flygvapnet 1946 införskaffade sina första jetflygplan var Bråvalla den flottilj som fick dem först. Brittiska de Havilland Vampire fick i Sverige beteckningen J 28. Sammanlagt 70 Vampire-plan var stationerade på F 13 åren 1946–1952.
Dess efterträdare var den ikoniska ”Flygande tunnan”. Saab J 29 väckte uppmärksamhet över hela världen och ansågs vara jämbördigt med amerikanska F-86 och sovjetiska MiG-15. Även den gången var F 13 först ut med nymodigheten.
Tunnan ersattes 1960 på Bråvalla av Saab 35 Draken. Med sina karaktäristiska deltavingar var Draken det första västeuropeiska överljudsplanet. F 13 stod för ”taktisk utprovning” även för detta jaktflygplan, som kom att tjänstgöra i fyra länders flygvapen under 46 års tid.
När nästa flygplansskifte på Bråvalla kom 1976 med Saab 37 Viggen ändrades också inriktningen. F 13 blev en spaningsflottilj och fick uppdraget att genomföra taktiska förbandsprov inom spaning. Några år senare invigdes en underrättelseskola med en taktikenhet.
Under kalla kriget växte det svenska flygvapnet till ett av världens största. Den forcerade utbyggnaden och snabba tekniska utvecklingen i kombination med oerfarna piloter krävde många dödsoffer. Bråvalla flygflottilj var inte förskonad. Sammanlagt 31 personer dog i flyghaverier och ytterligare 4 i marktjänst. Den svåraste olyckan inträffade 1955 då fyra J 29-piloter havererade och omkom vid sjön Glottern i Kolmården.
F 13 kom att bli en viktig del av Norrköping – inte minst som stor arbetsgivare och som tjänstgöringsplats för värnpliktiga. Personalstyrkan, som vid starten var blygsamma 45 personer, hade på 1990-talet växt till 1 000 fast anställda och cirka 500 värnpliktiga på 1990-talet. Flygdagar lockade många intresserade och Norrköpingsborna lärde sig att känna igen de olika flygplanstyperna. Men bullret var ett problem och de första klagomålen kom redan 1948.
Försvarsbeslutet 1992 innebar en minskning av Försvarsmakten och ett av de förband som skulle läggas ned var F 13. Förslaget kom som en chock och ledde till stora protester i Norrköping. Den 30 juni 1994 lades myndigheten F 13 ned. Vid en avskedsceremoni överlämnade flottiljchefen Göte Pudas nycklarna till kommunfullmäktiges ordförande Nanna Nilsson – en symbol för att kommunen tog över kasernområdet.
Redan 1985 hade F 13 Kamratförening bildats med syftet att bevara F 13:s minne och historia. Föreningen driver i dag utställningen ”Norrköping minns F 13” på Bråvalla.