本发明公开一种高空宽工况变级式空气增压系统，包括，第一空压机、第三排气阀、第二空压机、第四排气阀、第五排气阀、第三空压机、第六排气阀、中冷器依次串联；第一排气阀一端连接于第一空压机与第三排气阀之间，第一排气阀另一端连接于第六排气阀与中冷器之间；第二排气阀一端连接于第四排气阀与第五排气阀之间，第二排气阀另一端连接于第一排气阀与中冷器之间，且第二排气阀与第一排气阀并联；第七排气阀一端连接于第三排气阀与第二空压机之间；第八排气阀一端连接于第五排气阀与第三空压机之间。通过上述技术方案，能够有效解决在海拔高度变化的复杂工况环境下的变级式空气增压技术缺陷问题。