2001年3月20日,新疆航空公司執管的5架圖154飛機全部退役。
2002年12月31日,中國民航最后告別俄制飛機的飛行歷史。
2003年1月1日,中國南航航空集團使用同一的“CZ”航班號經營國內航班,運輸憑証統一使用中國南方航空股份有限公司的運輸憑証三字代碼784,新疆航空公司的兩字代號和運輸憑証三字代碼在國內航班上停止使用。 3月31日起,南航集團公司國際航班和港澳航班實行統一代號、代碼。 自5月3日起,南航集團飛機“紅色木棉花”標識逐步替代新疆航空公司所執管飛機“天鵝明月”標識。自7月1日起,新疆航空公司飛行員、乘務員著裝亦與南航集團一致。 9月1日,海南航空股份有限公司在烏魯木齊機場建立基地。
2004年8月27日,海南航空股份有限公司新疆分公司在烏魯木齊市正式挂牌成立。12月27日,新疆機場旅客吞吐量突破500萬人次。
2005年1月1日,南航新疆公司正式加入中國南方航空股份有限公司。
2006年12月20日,烏魯木齊國際機場年旅客吞吐量突破500萬人次,邁入我國中型機場行列。
2008年3月7日,CZ6901機組成功粉碎了一起炸機未遂事件,得到黨中央、國務院、國資委、民航總局的充分肯定。
2009年“7·5”事件發生后,新疆民航成立應對“7·5”事件緊急情況臨時指揮部,圓滿完成各類重大人員、物資的運輸任務。僅7月10日,烏魯木齊區域完成日保障502架次、塔台保障311架次、小時高峰26架次的歷史最高保障紀錄。
2010年3月27日,烏魯木齊國際機場T3航站樓整體啟用,可滿足年旅客吞吐量1100萬人次、貨郵吞吐量27.5萬噸、運輸起降15.5萬架次的運營需要。5月27日,新疆維吾爾自治區人民政府與中國南方航空集團公司簽署戰略合作協議,共建烏魯木齊西部門戶航空樞紐。
2011年11月22日,烏魯木齊國際機場旅客運輸量突破千萬大關。
2012年6月29日,天津航空公司GS7554航班機組成功處置新疆和田“6·29”暴力恐怖劫機事件,駕駛飛機安全返航。
2013年3月12日,新疆開通烏魯木齊到高雄包機航班,這是大陸航空公司開通的兩岸最長航線,也是新疆首條直飛台灣的航線。4月1日,新疆開通直飛台灣定期航線。12月16日,烏魯木齊國際機場分公司成立。