Essa pergunta não está clara porque "velocidade" significa coisas diferentes para pessoas diferentes, e isso também é específico do mecanismo. Cada aeronave terá um perfil de velocidade vs altitude diferente. Em geral ...
Mach irá subir conforme você aumenta a altitude. Isso ocorre porque o ar de baixa densidade diminui a velocidade do som (em um sentido absoluto).
A velocidade do ar real aumentará conforme você mantém uma velocidade relativa constante indicada. Por outro lado, manter uma velocidade relativa constante aumentará sua velocidade indicada conforme você desce.
Normalmente, um avião não deve estar vendo a velocidade do ar ao nível do mar. Para os jatos, mesmo que seus motores sejam bons o suficiente para chegar até lá, a aeronave tem um limite de velocidade indicada que evita que você acelere. Você pode manter a mesma velocidade (no limite estrutural) por meio de maior altitude, o que aumenta seu TAS.
Há um gráfico aqui que deve ajudar a mostrar as relações entre a altitude e velocidade:
Um gráfico simplificado para determinar o número Mach e a verdadeira velocidade no ar a partir das leituras do indicador de velocidade do ar: