Mit der Wiedereinführung der allgemeinen Wehrpflicht im Frühjahr 1935 verletzte die Reichsregierung unter Hitler die Auflagen des Versailler Friedensvertrages. Zugleich enttarnte das nationalsozialistische Regime seine bislang geheim aufgestellte Luftwaffe. Damit begann die offene Aufrüstungspolitik Deutschlands und die Vorbereitung auf den Krieg.
Auch in Nordhausen setzten die Kriegsvorbereitungen ein, als die Luftwaffe ab 1935 im Süden der Stadt einen Militärflugplatz mit angeschlossener Kaserne errichten ließ. Am 7. April 1936 zogen zum ersten Mal 550 Soldaten des neuen Fliegerhorstes durch die Stadt zum Kornmarkt, wo ihr Kommandeur die Einheit feierlich dem Oberbürgermeister der Stadt Nordhausen meldete. Die meisten Einwohner Nordhausens, die sich anlässlich dieses Ereignisses zahlreich eingefunden hatten, zeigten sich begeistert angesichts des neuen Status Nordhausens als Garnisonsstadt.

Der Fliegerhorst Nordhausen diente vor allem als Schulungs- und Testgelände der Luftwaffe, zeitweilig war hier auch eine Flugzeugwerft in Betrieb. Ebenfalls um 1935/36 entstand im Südosten Nordhausens die Boelcke-Kaserne, in die ein Lehrbataillon für Luftnachrichtensoldaten einzog, das bis Ende1944 in der Stadt stationiert blieb.

In den ersten Jahren seines Bestehens war der Fliegerhorst Nordhausen öffentlicher Schauplatz der nationalsozialistischen Kriegspropaganda und der Militarisierung des öffentlichen Lebens. Alljährlich wurde hier der "Tag der Luftwaffe" mit großem Aufwand gefeiert. Militärparaden der Luftwaffensoldaten, Rundflüge für die Gäste und Schießübungen für jugendliche Besucher waren Höhepunkte dieser Veranstaltungen, die bei vielen Nordhäusern großen Anklang fanden und die Kriegsbegeisterung schürten.

Im September 1939 flogen die zuvor in Nordhausen stationierten Piloten Luftangriffe gegen Polen, später gegen England und die Sowjetunion. Zuvor schon hatten einige der in Nordhausen ausgebildeten Flugzeugbesatzungen in der "Legion Condor" erste Erfahrungen im Luftkrieg gesammelt, unter anderem beim Angriff auf Guernica, der die nordspanische Stadt nahezu vollständig zerstörte und Hunderte ziviler Todesopfer forderte.

In den ehemaligen Kasernen des Fliegerhorstes im Darrweg befindet sich heute die Polizeidirektion Nordthüringen.