W lutym 1920 roku objął funkcję kierownika oddziału „aerofoto” oraz oficera taktycznego eskadry, w dalszym ciągu wykonując loty bojowe. 14 kwietnia, w załodze z kpr. Michałem Dzierzgowskim, stoczył walkę powietrzną z asem sowieckiego lotnictwa Aleksiejem Szyrinkinem. Ze starcia polska załoga wyszła zwycięsko, zmuszająca radziecki myśliwiec do wycofania się z walki. 18 kwietnia brał udział, wspólnie z trzema innymi załogami, w ataku na nieprzyjacielski pociąg pancerny na stacji Krupki, w wyniku którego pociąg został uszkodzony. thumb|left|Kazimierz Ziembiński ppor. pilot (1920) W sierpniu 1920 r. został przeniesiony do 13. eskadry myśliwskiej, w ramach której wykonywał loty bojowe. W listopadzie jego jednostka została przeniesiona do Bydgoszczy. Na przełomie kwietnia i maja 1923 roku przeszedł kurs pilotażu w Wyższej Szkole Lotniczej w Grudziądzu, a w maju 1923 roku otrzymał przydział do 3. pułku Lotniczego. W sierpniu otrzymał awans na stanowisko dowódcy 111. eskadry myśliwskiej. 12 kwietnia 1927 roku został mianowany majorem ze starszeństwem z 1 stycznia 1927 roku i 1. lokatą w korpusie oficerów lotnictwa. W listopadzie tego roku został przeniesiony z Departamentu Lotnictwa Ministerstwa Spraw Wojskowych do Komisji Nadzoru Technicznego Lotnictwa w Warszawie.