1948年1月，李学实率高唐县大队编入冀南军区14纵队独立3团，任团政治部主任。后华北兵团成立第70军，独立3团改为629团。
由于我军占领的大城市越来越多，敌军利用空中优势，不断派飞机轰炸和骚扰。因此，扩大年轻的防空部队以便保卫重点目标，保障人民基本生活和人心安定已经成了巩固和安定后方，支援前方，夺取全国胜利的大事。东北和北方大城市的解放，特别是北京（北平）等大城市的和平解放，使我军缴获大批高射机枪、高射炮等防空武器，扩大防空部队的条件也已经成熟。因此，部队开到郑州以后，70军629团改为高炮17团，李学实也改成了炮兵指挥员。
1949年5月27日，上海解放以后，蒋介石及残部逃到了台湾岛，但其部分人马仍固守上海东南60公里处的高地和各沿海岛屿。国民党空军在这些地方拥有2个飞机场，可供战斗机和侦察机起降，而在台湾岛还部署有中型和重型轰炸机。在中华人民共和国宣布成立后，上海和江苏省仍1日是一个临战地区，由于有美国专家和教官在背后撑腰，国民党的飞机仍在该地区猖獗了好一阵子。
1950年2月6日，台湾国民党空军对上海进行了一次规模最大，影响最大的轰炸。这天，国民党空军从台湾、舟山群岛的定海、岱山等地出动了包括B-24，B-25等型轰炸机在内的17架混合机群，以上海电力公司，沪南及闸北水电公司为主要目标进行轮番轰炸，使上海市遭到严重破坏，职工，群众伤亡1400余人．炸毁杨树浦发电厂，造成全城停电，加之国民党潜伏的特务乘机破坏，在国际上造成了极坏的影响。台湾宣传机器大叫，共产党能打下上海，但永远管不了上海。上海是中国最大的城市，当时的居民已达600万人，也是整个远东首屈一指的大都市。蒋介石及美国的阴险企图是，通过对该地区的空袭，造成年轻的人民共和国经济和政治生活的混乱。
这一阴谋在一段间内得逞了。凭借一时的空中优势，肆无忌惮的敌机在上海制造了恐慌，迫使上海一些企业、工厂和商店关门歇业，造成市内供应短缺，物价飞涨，投机盛行。在这样复杂而迫切的形势下，新中国政府一方面急调年青的炮兵部队进驻上海，另一方面求助于苏联政府，希望能帮忙化解这一危局。就在毛泽东主席率中华人民共和国代表团在莫斯科访问期间，向斯大林和苏联政府提出对中国开展军事援助事宜中，上海和江浙的城市防空是商讨的首要议题。李学实也奉上级命令，从郑州黄河大桥的防空阵地撤出，率高炮17团乘军用列车，日夜兼程向上海开拔。为了支援中国，苏联政府派出了一个防空集群，由巴季茨基中将出任司令，斯柳萨列夫将军任副司令，亚库申上校任歼击机部队指挥官，米罗诺夫上校为后勤部长，斯皮里多诺夫上校为第52高炮师师长，并将该师并入负责上海高炮防空事务的防空集群。
苏军防空集群的任务是，火速向中国军事指挥部提供城市防空支援，首当其冲的为上海和江苏，以阻止国民党空军对中华人民共和国的猖狂空袭。。1950年2月17日，苏军指挥员飞抵北京，拜会了朱德、周恩来，19日抵达上海，与华东军区最高首长陈毅司令员举行会晤，陈毅向苏军着重讲解了华东军区动用了哪些兵力和装备保卫上海，对轰炸机来说这座城市有哪些特点，最需要保护的重要工业区和运输枢纽是如何分布的，从而拉开了上海防空组织工作的序幕。按照双方共同制定的计划，上海的空防事务由两国共同承担。中国军队派出的兵力有：3个中口径高炮团，各团均配备苏制85毫米高射炮、PUA20-3型火控仪和测距仪；1个小口径高炮团，配备苏制37毫米火炮。他们全都被部署在火力阵地上。李学实所在的高炮17团，成为中方配合苏方投入防空作战的部队之一，1950年年初进驻上海，负责保卫上海发电， O
苏联军队派出的防空集群汇入了各类部队，既有歼击机、防空火炮和探照灯，也有无线电技术装备和后勤部队。都是训练有素的精锐部队，具有极强的战斗力，派出的指挥员也都是莫斯科防空军区最优秀的军官，其中空战序列有：马卡罗夫上校的歼击机团，有45架拉- 11歼击机；谢苗诺夫上校指挥1个有30架图-2和30架伊尔- 10的混成轰炸机团；帕什科夫上校的精锐飞行团，是苏联空军刚刚开始配备的喷气机，帕什科夫团是苏联首个将米格- 15投入实战的部队。
随着各部队的陆续就位，紧张的备战整训开始了，李学实带领指战员在翻译的帮助下，对苏式装备开展了紧张的战前集训。特别是与苏军的协同配合更是从实从严；在苏方指导下，还对所有作战装备进行了彻底调试，对炮兵进行了瞄准和火力拦截训练，实现了与探照灯和歼击机的默契配合。经过一段时间的磨合，部队的作战能力有了显著提高，多次得到苏军指挥员的赞赏，双方指挥员建立了良好关系。多次举行联欢，其中，小文工团员李玉琴（李学实的女儿）参加表演的话剧《红军的妈妈》，深深感动了双方指战员。
国民党空军对中苏联合防空的动作浑然不知，仍是对上海多处重点目标猖狂轰炸。一次，敌机对上海电厂进行低空飞行投弹。李学实团突然对空射击，敌机猝不及防，被打下1架，对敌机形成很大威胁；在以后的两个月零6天里，中苏防空部队在上海，杭州和徐州地区，先后击落8架敌机，从此敌机再也不敢低空投弹，因此命中率很低。有的飞机甚至未到上海就把炸弹全部扔掉，然后兜一个大圈子就回去交差了。中苏联合防空作战，把国民党军空军的猖狂气焰压了下去．为稳定和保障人民生活、保障经济起到重要作用。
1950年1月至8月，李学实因对敌作战成效显著受到苏联友军和上级的表彰，并升任高炮17团副政委。随着上海敌情的减缓和抗美援朝的开始，1951年2月，李学实率部奔赴朝鲜大宁江、清川江等地，投入到新的战斗。
