2001年中国国际航空公司货运分公司实行模拟独立法人经营核算。2003年，组建“中国国际货运航空有限公司”。中国国际航
原涂装
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空公司以飞机、发动机、库房及地面设备等资产出资，占注册资本的51%；中信泰富有限公司占25%、首都机场集团公司占24%，均以现金出资。2006年6月30日获得中国民用航空总局颁发的《公共航空运输承运人运行合格证》。
2007年10月28日，中国国际货运航空有限公司首架喷涂“中国国际货运航空”新标识的全货机执行飞往美国安克雷奇的航班，这是国货航独立使用货运航权执飞的第一个航班。国货航作为中国国际航空股份有限公司的控股公司和指定空运企业，承接了国航在美国、德国、英国、丹麦、日本、韩国、香港等国家和地区的全货运航权。
根据航权运行变化，国货航继续沿用国航的IATA代码CA，国货航的ICAO代码由“CCA”变为“CAO”；中文无线电呼号由“国航”变为“凤凰”；英文无线电呼号由“Air China”变为“AIR CHINA FREIGHT ”。国货航的更新标识，机身两侧的公司名称由“中国国际航空公司”改为“中国国际货运航空”，“AIR CHINA CARGO”中的“CARGO”变为舞动的手写体，垂直尾翼上的国航股份“凤凰”标识保持不变。
2008年，中国国际航空股份有限公司全资子公司中航兴业有限公司收购中信泰富持有的25%国货航的股份，中国国际航空所持有的国货航股份增至76%。
2011年5月6日，中国国际航空股份有限公司（以下简称“中国国航”）与国泰航空有限公
图-204F
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司（以下简称“国泰航空”）货运合资项目正式完成，股权重组后的中国国际货运航空有限公司（以下简称“中国国际货运航空”）在北京举行开业庆典。[2] 公司有一批训练有素，专业技能过硬，具有高度责任感的业务技术人员，以及各种先进的自动化作业设备。这一切都为我们更好的服务于客户打下了坚实的基础，尤其在进出口通关方面， 我们有一批专业的空运报关人员，具有熟练的报关专业知识，保证为客户代理方便，迅速，准确的报关业务。
公司在机场还拥有海关监管仓库，配备有素质优良的专业服务人员，便于货物的存储，也便于客户提货，公司与海关、交通、各联检部门等口岸机构建立了良好的合作关系，也与国内外贸易界、航运界建立了广泛的业务网络，从而为国内外货主、客户提供了优越的货运服务和条件。