如果说解放大西北，沈济世是见证人之一的话，那么解放大西南，沈济世与队友们同样发挥了很大的作用和作出过重要贡献。与地面部队不同的是，沈济世提供的别人无法替代的空中支援。

1950年初，中国人民空军组建了第二支队伍——华北空运队。执行护送彭德怀、张治中去新疆归来不久，又刚刚加入中国共产党的沈济世，因其航空业务技术精湛，奉命调任华北空运队参谋兼领航员。

1950年3月，沈济世调入华北空运队一个月后，正逢人民解放军入藏因恶劣天气而行军艰难之际。这时，沈济世主动请缨并协助队长、曾经一道在开国大典接受空中检阅的谢派芳率领3架运输机进驻重庆机场，担负支援进军解放西藏的空投任务。

告别了团聚不久的妻子，沈济世踏上了新的征程。留在后方首都北京的沈源，望着离多聚少的丈夫沈济世，一点怨言也没有。她默默地为沈济世收拾飞行行囊，叮嘱他安心上前线，别担心怀有身孕的自己，已经分配在空军某医院的她早已暗下决心，一定要好好工作干出样子来，与丈夫在新中国的新岗位上比一比贡献。

关于进军西藏解放大西南，人民解放军的历史上有不少记述。按党中央和毛主席的预想应由人民解放军副总司令、西北军区的彭德怀来完成解放西藏的任务，为此，毛泽东主席在出访莫斯科前的11月23日就给彭德怀下达了进军西藏的命令。然而，一向作战勇敢、打过不少恶战的彭德怀犹豫了，因为他深知，历代从新疆进军西藏还没有成功的先例。不得已，彭德怀于1949年12月30日给党中央和毛主席据实发报：从西北入藏仅屯兵屯粮和修路的准备就得两年。这样一来，进军西藏只有交给进军西南不久目前仍在剿匪的刘伯承、邓小平和贺龙了。1950年1月2日凌晨，毛泽东从莫斯科给党中央及彭、刘、邓、贺发来电报：“……向西藏进军和经营西藏的任务应确定由西南局担负……我意如果没有不可克服的困难，应争取于今年4月中旬开始向西藏进军，于10月以前解放西藏。……”

在重庆曾家岩的刘伯承和邓小平接到毛泽东的电报后，思虑再三，最后决定：由第二野战军刘、邓的爱将，时年36岁的18军军长张国华出征，确定入藏兵力为3万人，补给线上1万人，加强兵站线。

进军西藏本来可以采取就地筹措物资的办法解决军需，但毛泽东主席从体恤藏族人民的疾苦出发，提出了“进军西藏，不吃地方”的方针，进藏部队的费用由中央包干，所需物资全部由内地供给。由于进军西藏有高山大川阻隔，交通不便，因而运输补给任务十分艰巨。朱德总司令致函西南军区司令员贺龙，就进藏部队的供给问题，乃至使用银元、组织采购、种粮种菜、改善伙食等都作了重要指示。西南局等领导机关把组织支援进藏作为首要任务，要求做到“前方部队需要什么就供应什么”，刘伯承、贺龙亲自策划和指挥支援工作。为配合二野十八军进藏，西北野战军彭德怀司令员决定由一军组建了一支６００人的精干的青海骑兵支队，驻新疆的第二军组建的独立骑兵师。云南进藏的十四军一二六团，也都在集结待命。

进军西藏的兵力准备并不困难，关键是后勤保障，尤其是补给公路太成问题。根据出发前预测，每位战士背负量起码要在40斤以上到60斤。扛重机枪的战士负重超过100斤。为此，西南军区把修筑公路作为支援工作的重要环节，决心“不惜任何代价”迅速抢修雅安至甘孜段公路。西南军区抽调６个工兵团、十八军３个团和４个营等约１万8千人投入施工。修路部队克服高山缺氧、施工条件极差的困难，奋战４个半月，战胜了大渡河，打通了海拔３６００多米的二郎山和海拔４２００多米的折多山，于１９５０年８月２６日通车甘孜。享誉全国的《歌唱二郎山》，就是一支反映修路部队打通二郎山英雄业绩的歌曲。当时，中国人民解放军遵照党中央的号召和毛主席“一面进军、一面修路”指示，与藏汉筑路人员一道，历经四年征服了千难万险，在世界屋脊上修通了被称为西藏“生命线”的雪域奇路。这条全长2500公里的川藏公路是在施工设备极为简陋的情况下，靠人拉肩扛翻越横断山脉海拔４０００米以上的山峰１４座，跨越金沙江等１０多条大河修建而成的。据说，这条入藏部队通过的公路是以每公里牺牲1人的代价建成的。

后来的情况也验证了入藏因口粮和物资的艰难程度，其中先行入藏的先遣部队由于交通困难，粮食补给不上，就靠挖野菜，捉地鼠充饥长达一个多月。大军入藏所遇到的重重困难牵动着全国人民的心。全国各地特别是邻近西藏的四川、西康、云南、青海、新疆等省区，均以人力、物力大力支援进军西藏大军。北京、天津、上海、东北等地赶制各种进军用具和物品。

得知入藏进军异常艰难的消息，毛泽东主席特批购买30架高空运输机支援进藏部队，周恩来总理也批准将刚从苏联购进的运输车拨出200辆专供修甘孜机场使用。

远水难解近渴，当大批空中运输机尚未到达时候，沈济世的3架运输机就成了空中支援进藏部队的主力军。

不过，凭当时的飞机装备，一时还难以担当支援入藏部队给养的任务。因为翻越青藏高原就是当时的最大难题，何谈空投物资支援入藏部队？然而军情紧急，任何困难都要靠自己去克服。到达重庆机场后，沈济世和队友们便提出了这样的战斗口号：进藏大军进到哪里，我们就把补给物资空投到哪里。决心虽然下的大，但通往拉萨的航线一天不打通，入藏部队就会受到饥寒威胁。此时，第18军入藏先头部队已越过大渡河进入了康藏高原，而川康交界处偏偏是横断交通的大雪山。当年红军长征时期就曾翻越过这个大雪山，若论高度其主峰——贡嘎山的海拔月七千五百九十公尺。

如此山高万仞，无疑是空中飞行的拦路虎。此前，不论是国民党空军人员还是外国飞行员，没有任何人敢驾驶飞机飞越大雪山。美国空军飞行人员望而却步，称之为“世界空中禁区”。可沈济世等人不信这个邪，他们偏偏要突破“禁区”，尽快开辟拉萨航线，让入藏部队早日得到空中支援。——因为天寒地冻之际，进藏部队实在等不起。

任务是光荣的，也是困难的，尽管当时尚没有气象资料，又无导航设备，虽然有地图却不甚准确。但飞行领航员出身的沈济世和队友们胆识过人，且对突破“禁区”胸有成竹。在队长谢派芬的组织带领下，沈济世和其他几位起义的飞行员徐骏荣、魏雄英，领航员盛承光，通讯员赵昌燕、段德济等，勇敢地进行了一次又一次的试航，结果都失败了。架着陈旧不堪爬升艰难的老牌活塞飞机，眼见一座座扑面而来令人惊悸的大山，耳听老式运输机发出的沉重喘息和怪叫声，沈济世和队友们对突破“禁区”飞越川康高原几乎丧失了信心。然而，在经历过无数次失败的教训，甚至有的队友架机撞上高高的山峰并付出了生命的代价后（魏雄英就是在执行空投任务时撞山牺牲），支援入藏部队的飞行运输队终于迎来了人民空军飞行史上值得纪念的光荣时刻。

1950年5月7日，是飞行运输队最难忘的一天，在经过数十次试飞后，沈济世的队友、曾于开国大典时处于第五分队接受空中检阅的王洪智率先突破“高原空中禁区”。紧接着，沈济世等也相继架着活塞运输飞机（当时还没有喷气飞机）突破了川康高原的飞行“禁区”，并开始在甘孜、邓柯等地实施空投。此举用事实粉碎了美帝国主义的谬论，取得了开辟拉萨航线的经验，使支援进藏部队完成空投任务得以顺利进行。

与沈济世援助入藏部队取得进展一样，以饱满热情投入到医疗事业中的沈源工作也十分出色。她不仅在本职岗位上被评委航空局模范，还受到军委航空局领导接见和嘉奖。

或许多少与“英雄志短儿女情长”有关，正当沈源工作日益顺手，并计划继续深造之际，沈济世和队友们已打开进藏空运空中通道，1950年10月，沈济世等转场到了成都新津机场，队伍扩大改编为西南空运大队，继续执行支援进藏任务。突破了“高原空中禁区”后，沈济世和飞行运输队的队友们一起，精神饱满地投入到空投物资的一次次紧张的飞行中。到1950年底，仅空军空投物资就有900多吨，在支援入藏部队的补给中发挥着应有的作用。这一年年终总结评比时，沈济世获得了“工作模范”称号。

为了支持丈夫全力投入解放西藏，沈源放弃了深造机会和北京的优越工作与生活条件，带着简易行李，背着襁褓中的孩子，毅然来到了沈济世身边。从此，夫唱妇随，共同为大军入藏服务的，直至西藏和平解放。沈济世颇为自豪的是，在见证新疆和平解放后他又赶上了西藏的和平解放，并能直接为入藏部队做些事情。全国解放后，中央军委航空局调沈济世回北京，担任空军的地图测绘部门等岗位工作，其飞行领航专业知识继续为人民空军建设发挥作用。

1957年6月18日，国防部将一枚三级解放勋章授予沈济世，以表彰他架机起义，飞向光明。1963年，年过半百的沈济世觉得自己不能适应部队紧张生活，经组织批准，带着团职待遇回到淮河之滨的故乡蚌埠，任安徽财贸学院图书馆负责人。

文革中，沈济世受到了造反派的冲击，随他回到故乡并分配在蚌埠第二人民医院的妻子沈源也被造反派称之为“反动军官的臭老婆”。沈源天性耿直，不论谁蔑视她她决不低头，每次上下班她都挺直腰板昂着头——她觉得自己没有做对不起人民的事情，为啥要低眉卑琐？沈济世则对自己曾经为人民空军做的辉煌业绩缄口不言，以至许多人认为他只是个普通的起义人员，1999年，当电视台采访报道沈济世夫妇见证开国大典以及接受党和国家检阅的消息后，沈济世与沈源夫妇才为周围人所熟知。此后，沈济世发挥余热致力于写回忆文章和做些统战工作，直至2002年逝世。