Berdasarkan Undang Undang Nomor 23 Tahun 2014 tentang Pemerintahan Daerah, bahwa pengelolaan SMA/SMK dan Pendidikan Khusus menjadi kewenangan Pemerintah Propinsi, maka sesuai undang – undang tersebut tanggung jawab pengelolaan SMAN 3 Madiun beralih ke Dinas Pendidikan Propinsi Jawa Timur. Pada perkembangan selanjutnya SMAN 3 Madiun ditunjuk oleh Dinas Pendidikan Propinsi Jawa Timur, untuk dikembangkan menjadi SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun.
Kemudian menindaklanjuti penunjukkan sekolah tersebut, maka dilaksanakan penandatanganan Piagam Kesepakatan Bersama antara Pemerintah Provinsi Jawa Timur dengan Tentara Nasional Indonesia Angkatan Udara. Nomor: 120.23/209/KSB/033.4/2018, Nomor: KB/6/II/2018 tanggal dua belas bulan Februari tahun Dua Ribu Delapan Belas (12 – 02 – 2018), tentang Kerjasama dalam rangka Peningkatan Kualitas Sumber Daya Manusia bidang Pendidikan Menengah di Jawa Timur, serta penandatanganan Perjanjian Kerja Sama antara Dinas Pendidikan Provinsi Jawa Timur dengan Tentara Nasional Indonesia Angkatan Udara. Nomor: 120.23/210/PKS/033.4/2018, dan Nomor: Perjama/1/II/2018, hari Senin tanggal dua belas Februari tahun dua ribu delapan belas (12-02-2018) tentang Peningkatan Pendidikan dan Kualitas Sumber Daya Manusia dalam Penerapan Kurikulum Khusus Bela Negara dan Kedirgantaraan pada SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun.
SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun adalah sekolah negeri unggulan yang menerapkan sistem Pendidikan Terpadu yang meliputi kegiatan pengajaran, pelatihan jasmani serta pengasuhan diharapkan dapat menjawab tantangan masa depan di era global yang membutuhkan pemimpin unggul di bidang akademik dan non akademik, memiliki kemandirian dan berkarakter kebangsaan yang kuat. SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun menggunakan Kurikulum Nasional 2013 dan mengembangkan pendidikan berasrama yang wajib diikuti oleh semua peserta didik selama menjalani pendidikan di SMAN 3 Taruna Angkasa Madiun. Sistem pendidikan ini memberikan penguatan nilai nilai religius, karakter mulia, berjiwa kepemimpinan, serta memiliki karakter kebangsaan yang kuat. Selain itu, peserta didik juga mendapatkan kurikulum khusus bela Negara dan kedirgantaraan yang diampu oleh pihak TNI AU dengan mengadopsi system pendidikan yang ada pada TNI AU.