เริ่มทำการบินเอฟ 5 มาตลอด จนได้ชั่วโมงการบินถึง 1,000 ชั่วโมง (เป็นคนที่ 5 ของประเทศไทย) และทำการบินต่อจนครบ 2,000 ชั่วโมง (เป็นคนแรกของประเทศไทย) โดยในช่วงการปราบปรามคอมมิวนิสต์ได้รับมอบหมายให้ทำหน้าที่บินโจมตีในพื้นที่ อ.หล่มสัก จ.เพชรบูรณ์ และยังเคยผ่านประสบการณ์บินลาดตระเวนและโจมตี ชายแดนไทย - กัมพูชา ด้าน จ.ตราด สุรินทร์ บุรีรัมย์ และ จ.สระแก้ว รวมทั้งภารกิจนำเครื่องบินไปทิ้งที่ระเบิดสมรภูมิบ้านร่มเกล้าถึง 3 รอบ ขณะเป็นเสนาธิการประจำการอยู่กองบิน 23 จ.อุดรธานี

ในเหตุการณ์การรัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2549 เป็นรองหัวหน้าคณะปฏิรูปการปกครองในระบอบประชาธิปไตย อันมีพระมหากษัตริย์ทรงเป็นประมุข (คปค.) คนที่ 2 ในฐานะเป็นผู้บัญชาการทหารอากาศ และภายหลังเหตุการณ์ได้รับการแต่งตั้งเป็นดำรงตำแหน่งประธานกรรมการบริษัท การบินไทย จำกัด (มหาชน) เป็นผู้ดูแลการเปิดใช้สนามบินสุวรรณภูมิ และเป็นประธานคณะกรรมการกำกับดูแลการสรรหาสมาชิกสมัชชาแห่งชาติ (กดส.)

ในปี พ.ศ. 2550 เมื่อ พล.อ.สนธิ บุญยรัตกลิน ประธานคณะมนตรีความมั่นคงแห่งชาติ (คมช.) ได้เกษียณอายุราชการไป พล.อ.อ.ชลิต จึงรับตำแหน่งเป็นรักษาการประธานคณะมนตรีความมั่นคงแห่งชาติสืบต่อ

หลังเกษียณแล้ว พล.อ.อ.ชลิต ได้เข้าไปทำงานในมูลนิธิรักษ์เมืองไทย และมูลนิธิรัฐบุรุษของ พล.อ.เปรม ติณสูลานนท์[2]

ได้รับโปรดเกล้าฯให้ดำรงตำแหน่งองคมนตรีเมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม พ.ศ. 2554[3][4]