抗战初期，中苏两国反对日本法西斯的共同利益将两国关系推向新的台阶。这一时期，苏联是世界列国中的头号援华大国，而苏联志愿航空队援华则成为两国关系处于巅峰的标尺之一。
抗战爆发后，中苏两国政府撇开了意识形态的巨大差别，在国家安全利益上找到了共同点，经过双方谈判，于1937年8月21日签订了《中苏互不侵犯条约》，这一条约的签订是苏联抗战初期大规模援华抗战的开始。继之，苏联政府从1938年3月至1939年7月先后向国民政府提供三笔信用贷款计2.5亿美元。这几笔贷款数额巨大，相当数目充作中国抗战急需的军需品，如飞机、火炮、坦克及其他弹药物资，中国以农矿产品作价抵偿。同时，由于德日关系，德国召回了全部留华军事顾问，苏联政府应国民政府之请，从1938年5月开始先后分批派遣了以著名红军将领德拉特文、切列帕诺夫、卡恰诺夫、崔可夫为总军事顾问的各兵种军事专家顾问团，帮助中国训练军队，制定对日作战的方针和计划，其成员最多时达二百余人，累计达三百余人。①这些顾问在中央军委会至各战区、各兵种、各军事院校，形成比较完整的军事顾问体系，对中国军队的战术训练、现代化武器操作、战略战术制定等方面做出了重要贡献。
战前，中国综合国力和整体军事实力与日本相比处于敌强我弱的态势，空军则表现得尤为明显。日本拥有91个飞行中队，计作战飞机2700余架，而中国空军计有9个飞行大队，各种飞机600余架，其中作战飞机305架，真正能够用于实战的仅91架②(另有314架、346架、200架之说③)，在航空工业、航空人员培训和飞机性能等方面更无法与日本相比。直至战争爆发后，中国空军才着手战争准备，设立了以周至柔为总司令的空军前敌总指挥部，制定出协同陆军作战，进行要地防空的军事计划。1937年8月14日，中国空军首战淞沪，开辟空中战场，并利用战争初期日机续航能力的限制，形成暂时的空中优势，取得较好的战绩。从8月14日至11月初近三个月的空战中，中国空军共击落日机85架，击伤43架，④并给日军地面部队以重大杀伤，但自己也损失惨重，原有作战飞机消耗殆尽。到12月南京保卫战时，作战飞机仅余20架，基本上丧失了单独空战的能力。11月底至12月初开始，苏联大批援华飞机到达和苏联志愿航空队陆续加入中国空中作战，才逐渐改变了日本空军独占制空权和中国空中战场的战略退却之势。
苏联空军援华是中国政府争取苏联援华的重要议题。1937年8月27日，蒋介石会见苏联驻华大使鲍格莫洛夫，要求苏联政府目前或稍晚一些时候，“允诺苏联飞行员以志愿身份加入中国军队的要求”。⑤9月，国民政府又派出以军委会参谋次长杨杰为团长的中国军事顾问团，同苏联关于军事援助问题进行谈判。杨杰在谈判中，直接向苏方提出飞机援助问题，并请求派遣志愿飞行员赴华作战。苏联空军人民委员拉宁答应自9月15日开始调运飞机前往中国。10月22日，苏联首批援华飞机计225架由空勤组驾驶经阿拉木图沿缺少机场和导航设施的艰险航线飞抵迪化(今乌鲁木齐)，随即转赴前线基地。同飞机一起来华的航空人员计两个大队，包括飞行员、航空机械师、无线电报务员、气象学家、机场指挥员、译电员、司机、工程师、医生等254人。之后，随援华飞机陆续来华的空地勤人员至1939年12月达到712人。至1941年初，达到八个航空大队(五个歼击机大队，三个轰炸机大队)，空地勤人员累计两千余人。其中飞行员中，像波雷宁、兹维列夫、布拉戈维申斯基、博罗维科夫、古边科、盖达连科、赫留金、克拉夫琴科、斯柳萨列夫、苏普伦、马尔琴科、尼古拉延科、谢利瓦诺夫、苏霍夫等人都是苏联红军中最优秀的飞行员和指挥员，他们在保卫中国领空的战斗中作战英勇，荣获苏联英雄称号。苏联政府还应中国政府请求，派遣了以著名苏联空军高级顾问日加列夫(1949至1957年任苏联空军总司令，空军元帅)、雷恰戈夫、阿尼西莫夫、雷托夫、索尔、特霍尔、波雷宁(1959至1971年苏联空军后勤部长、空军上将)、赫留金(1946至1957年苏联空军副司令员，空军上将)、布拉戈维申斯基等89人组成的苏联航空专家组赴华帮助中国建立航空供应站、飞机修配厂，开办航空学校训练航空人员。苏联航空专家来华后，先后帮助中国在兰州、伊犁、绥宁、成都等地创办空军训练基地和航空学校，亲自担任教官，对中国航空人员进行技术训练。为加快培训速度，适应战局发展的需要，一大批中国受训人员还被送往苏联国内进行强化训练。据统计，至1939年夏，苏联帮助中国空军训练飞行员1045人，领航员81人，无线电发报员198人，航空机械师8354人。⑥中国飞行员先参加苏联飞行员驾驶的飞行和作战活动，熟练掌握苏联援华飞机性能操作，然后以单机编入苏联机群，随苏联飞行队组作战，掌握和熟练射击、投弹、跳伞、滑翔、联络、领航等技术，其后编入中国空军建制单位。这种训练方法不仅提高了中国飞行员的技术，增进了两国飞行员的友谊，更加强了他们在对日作战中的协作程度。
南京保卫战时， 日本空军牢固地掌握制空权，中国急需空军作战人员，苏联政府在拒绝中国要求全面而公开参加对日作战的同时，果断地迈出派遣空军志愿人员参战的一步。11月，第一批苏联志愿援华空地勤人员开始进驻迪化和兰州，帮助中国飞行员改装经阿拉木图和伊尔库斯克运抵两地的苏联当时最先进的N15、N16和CB飞机，并担任兰州的防空任务。陆续来华的苏联航空志愿人员，在苏联空军作战部副部长雷恰戈夫领导下，在兰州编成航空机群，分别派往内地。
1937年12月1日上午，普罗科菲耶夫率领的第一个歼击机队23架N16飞机抵达南京，下午基达林斯基及马钦率领的轰炸机队20架CB飞机也降落于南京机场，两支航空队立即投入战斗，当日在南京上空同日机发生首次空战，普罗科菲耶夫的歼击机队连续五次升空作战，击落日机三架，初创日军锐气。之后数日，又在南京上空击落日机十余架。12月2日，科兹洛夫率九架轰炸机轰炸了上海停泊场内的日本海军舰船，炸沉巡洋舰一艘和其他舰船六艘，炸毁日机多架，重创日军气陷，有力地支援了中国地面部队作战。
南京失陷后，随着日军地面部队的向前推进， 日军空军的活动范围也从东南沿海伸展到中国腹地，在配合地面部队作战的过程中，不断对中国后方城市和战略要地实施空袭。据统计，自抗战开始至1938年10月， 日机空袭中国19省34个城市计3318次，炸伤军民37222人，炸死29966人。因此，中国空战的重心移向华中、华南等地。1937年12月开始，苏制CB轰炸机和N15、N16歼击机数百架抵达武汉，成批苏联空军志愿人员集中武汉地区。1938年1月，波雷宁率第二个轰炸机队31架CB飞机和伊万诺夫率歼击队54架N16飞机进驻汉口和孝感机场。2月，布拉戈维申斯基和扎哈罗夫各率一个歼击机队共80架飞机进驻南昌机场，科兹洛夫、基达林斯基的轰炸机队和普罗科菲耶夫的歼击机队于日军逼近芜湖危及南京时先期在1937年12月9日撤至该机场。长沙、衡阳、成都、重庆、广州、桂林等新机场开始投入使用，中国空战力量大大加强。中苏空军以这些机场为基地，积极主动升空出击，或配合陆军作战，轰炸津浦路沿线和东战场以及长江下游日舰，截击粤汉路上空日机，或进行要地防空，保护战略后方，或轰炸日军占领区的机场等军事目标，甚至奔袭台北等地，同日机展开更为英勇更为广泛的空战。其中在武汉上空的作战次数最多，最激烈。
抗战初期，中苏两国反对日本法西斯的共同利益将两国关系推向新的台阶。这一时期，苏联是世界列国中的头号援华大国，而苏联志愿航空队援华则成为两国关系处于巅峰的标尺之一。
抗战爆发后，中苏两国政府撇开了意识形态的巨大差别，在国家安全利益上找到了共同点，经过双方谈判，于1937年8月21日签订了《中苏互不侵犯条约》，这一条约的签订是苏联抗战初期大规模援华抗战的开始。继之，苏联政府从1938年3月至1939年7月先后向国民政府提供三笔信用贷款计2.5亿美元。这几笔贷款数额巨大，相当数目充作中国抗战急需的军需品，如飞机、火炮、坦克及其他弹药物资，中国以农矿产品作价抵偿。同时，由于德日关系，德国召回了全部留华军事顾问，苏联政府应国民政府之请，从1938年5月开始先后分批派遣了以著名红军将领德拉特文、切列帕诺夫、卡恰诺夫、崔可夫为总军事顾问的各兵种军事专家顾问团，帮助中国训练军队，制定对日作战的方针和计划，其成员最多时达二百余人，累计达三百余人。①这些顾问在中央军委会至各战区、各兵种、各军事院校，形成比较完整的军事顾问体系，对中国军队的战术训练、现代化武器操作、战略战术制定等方面做出了重要贡献。
战前，中国综合国力和整体军事实力与日本相比处于敌强我弱的态势，空军则表现得尤为明显。日本拥有91个飞行中队，计作战飞机2700余架，而中国空军计有9个飞行大队，各种飞机600余架，其中作战飞机305架，真正能够用于实战的仅91架②(另有314架、346架、200架之说③)，在航空工业、航空人员培训和飞机性能等方面更无法与日本相比。直至战争爆发后，中国空军才着手战争准备，设立了以周至柔为总司令的空军前敌总指挥部，制定出协同陆军作战，进行要地防空的军事计划。1937年8月14日，中国空军首战淞沪，开辟空中战场，并利用战争初期日机续航能力的限制，形成暂时的空中优势，取得较好的战绩。从8月14日至11月初近三个月的空战中，中国空军共击落日机85架，击伤43架，④并给日军地面部队以重大杀伤，但自己也损失惨重，原有作战飞机消耗殆尽。到12月南京保卫战时，作战飞机仅余20架，基本上丧失了单独空战的能力。11月底至12月初开始，苏联大批援华飞机到达和苏联志愿航空队陆续加入中国空中作战，才逐渐改变了日本空军独占制空权和中国空中战场的战略退却之势。
苏联空军援华是中国政府争取苏联援华的重要议题。1937年8月27日，蒋介石会见苏联驻华大使鲍格莫洛夫，要求苏联政府目前或稍晚一些时候，“允诺苏联飞行员以志愿身份加入中国军队的要求”。⑤9月，国民政府又派出以军委会参谋次长杨杰为团长的中国军事顾问团，同苏联关于军事援助问题进行谈判。杨杰在谈判中，直接向苏方提出飞机援助问题，并请求派遣志愿飞行员赴华作战。苏联空军人民委员拉宁答应自9月15日开始调运飞机前往中国。10月22日，苏联首批援华飞机计225架由空勤组驾驶经阿拉木图沿缺少机场和导航设施的艰险航线飞抵迪化(今乌鲁木齐)，随即转赴前线基地。同飞机一起来华的航空人员计两个大队，包括飞行员、航空机械师、无线电报务员、气象学家、机场指挥员、译电员、司机、工程师、医生等254人。之后，随援华飞机陆续来华的空地勤人员至1939年12月达到712人。至1941年初，达到八个航空大队(五个歼击机大队，三个轰炸机大队)，空地勤人员累计两千余人。其中飞行员中，像波雷宁、兹维列夫、布拉戈维申斯基、博罗维科夫、古边科、盖达连科、赫留金、克拉夫琴科、斯柳萨列夫、苏普伦、马尔琴科、尼古拉延科、谢利瓦诺夫、苏霍夫等人都是苏联红军中最优秀的飞行员和指挥员，他们在保卫中国领空的战斗中作战英勇，荣获苏联英雄称号。苏联政府还应中国政府请求，派遣了以著名苏联空军高级顾问日加列夫(1949至1957年任苏联空军总司令，空军元帅)、雷恰戈夫、阿尼西莫夫、雷托夫、索尔、特霍尔、波雷宁(1959至1971年苏联空军后勤部长、空军上将)、赫留金(1946至1957年苏联空军副司令员，空军上将)、布拉戈维申斯基等89人组成的苏联航空专家组赴华帮助中国建立航空供应站、飞机修配厂，开办航空学校训练航空人员。苏联航空专家来华后，先后帮助中国在兰州、伊犁、绥宁、成都等地创办空军训练基地和航空学校，亲自担任教官，对中国航空人员进行技术训练。为加快培训速度，适应战局发展的需要，一大批中国受训人员还被送往苏联国内进行强化训练。据统计，至1939年夏，苏联帮助中国空军训练飞行员1045人，领航员81人，无线电发报员198人，航空机械师8354人。⑥中国飞行员先参加苏联飞行员驾驶的飞行和作战活动，熟练掌握苏联援华飞机性能操作，然后以单机编入苏联机群，随苏联飞行队组作战，掌握和熟练射击、投弹、跳伞、滑翔、联络、领航等技术，其后编入中国空军建制单位。这种训练方法不仅提高了中国飞行员的技术，增进了两国飞行员的友谊，更加强了他们在对日作战中的协作程度。
南京保卫战时， 日本空军牢固地掌握制空权，中国急需空军作战人员，苏联政府在拒绝中国要求全面而公开参加对日作战的同时，果断地迈出派遣空军志愿人员参战的一步。11月，第一批苏联志愿援华空地勤人员开始进驻迪化和兰州，帮助中国飞行员改装经阿拉木图和伊尔库斯克运抵两地的苏联当时最先进的N15、N16和CB飞机，并担任兰州的防空任务。陆续来华的苏联航空志愿人员，在苏联空军作战部副部长雷恰戈夫领导下，在兰州编成航空机群，分别派往内地。
1937年12月1日上午，普罗科菲耶夫率领的第一个歼击机队23架N16飞机抵达南京，下午基达林斯基及马钦率领的轰炸机队20架CB飞机也降落于南京机场，两支航空队立即投入战斗，当日在南京上空同日机发生首次空战，普罗科菲耶夫的歼击机队连续五次升空作战，击落日机三架，初创日军锐气。之后数日，又在南京上空击落日机十余架。12月2日，科兹洛夫率九架轰炸机轰炸了上海停泊场内的日本海军舰船，炸沉巡洋舰一艘和其他舰船六艘，炸毁日机多架，重创日军气陷，有力地支援了中国地面部队作战。
南京失陷后，随着日军地面部队的向前推进， 日军空军的活动范围也从东南沿海伸展到中国腹地，在配合地面部队作战的过程中，不断对中国后方城市和战略要地实施空袭。据统计，自抗战开始至1938年10月， 日机空袭中国19省34个城市计3318次，炸伤军民37222人，炸死29966人。因此，中国空战的重心移向华中、华南等地。1937年12月开始，苏制CB轰炸机和N15、N16歼击机数百架抵达武汉，成批苏联空军志愿人员集中武汉地区。1938年1月，波雷宁率第二个轰炸机队31架CB飞机和伊万诺夫率歼击队54架N16飞机进驻汉口和孝感机场。2月，布拉戈维申斯基和扎哈罗夫各率一个歼击机队共80架飞机进驻南昌机场，科兹洛夫、基达林斯基的轰炸机队和普罗科菲耶夫的歼击机队于日军逼近芜湖危及南京时先期在1937年12月9日撤至该机场。长沙、衡阳、成都、重庆、广州、桂林等新机场开始投入使用，中国空战力量大大加强。中苏空军以这些机场为基地，积极主动升空出击，或配合陆军作战，轰炸津浦路沿线和东战场以及长江下游日舰，截击粤汉路上空日机，或进行要地防空，保护战略后方，或轰炸日军占领区的机场等军事目标，甚至奔袭台北等地，同日机展开更为英勇更为广泛的空战。其中在武汉上空的作战次数最多，最激烈。
1938年2月18日，日机12架轰炸机在26架舰载96型战斗机(克劳德式)护航下，逞凶武汉上空，苏联志愿飞行队奋勇迎战，一举击落日机12架，苏联志愿飞行员由此获得“正义之剑”的美誉。4月29日，即日本所谓的“天皇节”，日军经过十多天的策划和准备，出动飞机69架，猛扑武汉上空，进行报复，苏联空军志愿队战鹰腾空起飞，截击日机。敌我双方战机穿梭翻腾，或上或下，或左或右，火炮轰鸣，硝烟弥漫，经过三十分钟惊心动魄的战斗，21架日机冒着火光，拖着浓烟，纷落如雨滴，苏联志愿飞行队以损失2架战机的代价把日本王牌空军“佐世保”航空队天皇节报功的美梦化作一枕黄粱。这次空战是武汉空战中最激烈，战果最大的一次，连一向不轻易褒扬别国的美国空军名将陈纳德将军都喊出：“汉口有一线光明”了。⑦5月31日，日本空军出动轰炸机18架，在36架歼击机护航下，第三次猛扑武汉上空，结果日机又以损失14架而败逃。苏联飞行员古边科在子弹打光后，毅然猛撞日机，致使日机受伤坠毁， 自己却驾机安然降落机场。古边科因此威名远扬，成为中苏空军的楷模并荣获中华民国金质奖章。中苏空军还多次深入敌后，对日军机场等主要军事目标进行空袭轰炸。据不完全统计，1938年1月至6月，轰炸日军机场累计达二十次以上，炸毁炸伤日机百余架。⑧其中最大的一次是苏联轰炸机队远征台湾。2月23日是苏联红军建军节，苏联顾问雷恰戈夫获得日军在台北松山空军基地集中了大批从德意购进的新式飞机部件正在组装的情报后，决定实施奇袭。整个部署过程十分严密，中国军事当局为了给日军以沉重打击，对这次行动的细节和执行日期绝对保密，蒋介石甚至要求连中国空军司令也不得告知。雷恰戈夫决定由两队轰炸机编队执行奇袭任务， 一队是驻南昌的12架CB轰炸机，为中苏混合编队;一队是驻汉口的28架CB轰炸机，全部由志愿飞行员组成，队长为波雷宁。当日晨，两队分别从汉口和南昌起飞，波雷宁机群，按预定方案取最短直线航线，为节省燃料，增大航程，机队冒着没有歼击机掩护的危险，在5500米严重缺氧的高空飞行(当时机上没有氧气设备)，当抵临台北上空时，为了迷惑日军，继续向北飞行，尔后突然转向，返回松山机场上空，编队长机波雷宁率先投弹，随后三个飞机编队依次进入，共投弹280枚，大部分准确命中目标。机群倾下全部炸弹后，安全返回武汉。此役，共炸毁日机四十余架，兵营十座，机库三座，击沉击伤船只多艘并毙伤大量日军，使日军在台北的机库、港口设施遭到严重破坏，松山机场完全处于瘫痪状态，三年的油料储备荡然无存，苏联飞机无一损伤。从南昌出动的中苏混合编队，因领航计算误差，降落福州机场加油，未能对台北实施第二批轰炸。苏联飞行员的这一杰作在世界上引起了巨大反响，几乎所有报纸都作了报道。日本当局盛怒之下，将台湾行政长官撤职，军事基地主任送交军事法庭，机场警备司令剖腹自杀。24日晚，航空委员会秘书长宋美龄专门设宴为苏联空军出击台湾成功庆功，宋美龄在祝辞中指出：“你们用这次空袭表明，俄国人不是在口头上，而是在实际上帮助了中国人，在危险中援助了中国人。”这一时期，苏联航空志愿队还与日机进行了粤北空战(2月24日)、顺德空战(4月10日)、广州空战(4月13日，击落日机八架)、第二次粤北空战(6月16日，击落日机六架)等，使所谓的日本王牌航空队“空中武士”、“四大天王”、“木更津”、“佐世保”等相继遭到歼灭性打击;轰炸了杭州至富阳公路的日军、安阳火车站、蚌埠至临淮公路上的日军汽车运输队、安庆至贵池长江中的日舰等。
苏联志愿航空队按苏联空军建制单位编成，它不仅由原部队指挥官直接指挥，而且带来了它自己的一整套地勤人员和航空设施(如加油车、电台、汽油、飞机零备件和发动机等)。他们以志愿队身份参加中国抗战，都穿着平民服装。日本政府在获悉苏联空军在中国作战的证据后，于1938年4月4日由其驻苏大使重光葵向苏联政府提出抗议。苏联政府拒绝了日方的抗议，其外长李维诺夫声明志愿兵赴华是个人身份行事，正像在中国军队中服务的其他西方国家公民一样，而日本政府从未向西方志愿人员提出任何抗议，苏联政府也因之不必干涉志愿人员的行动。李维诺夫还指出：“照日本当局的说法，目前在中国没有战争，日本也根本没有同中国作战，日本仅仅把目前中国发生的事情看作某种程度上的偶然事件而已，那么，日本政府的要求更令人无法解释。”⑨5月，日本外务省发表声明，公开指责苏联向中国提供武器援助，派遣红军将士直接参加中国作战。苏联政府对日本的指责照旧不予理会，继续派遣航空志愿队伍赴华作战和提供飞机援助。
6月，日军华中派遣军沿江而上，向安庆等地发动进攻，拉开武汉会战的序幕，中苏空军频繁出动，轰炸长江日舰和登陆部队以及芜湖、安庆等日军机场，并拦击日机空袭。仅7月8日一天，就连续出动五次，炸毁日机二十余架，重创日舰十余艘。9月21日，中苏空军对罗山、柳村一带实施了大规模空袭，迟滞了日军向豫南方向的推进。会战期间，中苏空军联合炸沉日舰23艘，其中一艘为排水量一万吨的航空母舰，击伤日舰67艘;击落日机62架，炸毁16架、击伤9架。另据不完全统计，从1938年1月至10月，中苏空军共击毁日机264架。⑩苏联著名飞行员歼击机大队长拉赫曼诺夫在衡阳上空迎击日机时，不幸中弹牺牲。
武汉失守后，地面战场进入战略相持阶段，而空中战场的争夺却有增无减。华中、华南等空军基地的丧失，迫使中苏空军转移西南、西北基地。加之长期作战，消耗甚大，亟待补充休整，中苏空军出击次数日渐减少。日本空军却加强了对中国战略中枢的空袭轰炸，先于1938年11月持续轰炸中国兰州空军基地，继之又对重庆、成都、兰州等大后方城市实施了代号为“第100号作战”(1939年)、“第101号作战”(1940年)、“第102号作战”(1941年)三次集中、持续、残酷的无区别的战略轰炸。其间，中苏空军虽经过短期补充休整，仍无法改变空中日益不利的态势，也基本上无法组织大规模的出击，只能用于后方防空和相机攻击日军后方。
1939年，中国空军只剩七个大队、一个独立中队和四个苏联志愿大队，共有飞机215架。经过一年的作战消耗，迄年底仅余一百三十余架，更无法对抗拥有七百余架飞机的日本空军。这一年，中苏空军在兰州上空分别于2月12日、20日、23日对日机的轰炸进行了英勇反击，击落击伤日机三十余架，迫使日军大本营暂时停止对兰州的轰炸活动;11月28日、30日日机二百一十余架两次空袭兰州，苏联志愿飞行队升空迎战，击落日机四架，迫使其难以向城市目标投弹，不得不携弹返航。据日方记载，1939年对兰州轰炸中，日机受损率每次达23%，最高时达42%。(11)1939年10月至1940年初，中苏空军还竭力对武汉、南宁、南京、信阳、运城等日军机场和基地等进行了轰炸并袭击了岳阳日军司令部及其附近目标，取得一定战果。特别是10月3日、14日，苏联TB远程轰炸机大队两次袭击日军汉口机场，炸毁日机84架，击落3架;1940年1月，苏联CB轰炸机大队袭击南宁日军机场和前线阵地，炸毁日机数架，炸死炸伤日军多人。
1939年空战较为激烈的是8月14日在武汉上空进行的第四次空战，苏联空军志愿队轰炸机大队长库里申科率领机队从成都基地起飞，拟袭击日军武汉基地，在武汉上空与日机发生遭遇战。在战斗中，库里申科驾驶的领航机被日军三架德式塞师米特歼击机包围，但他猛烈向日军机群冲击，率各机组连续击落日机六架，在敌我悬殊的情况下，领航机座机被日机击中，库里申科突出重围，沿扬子江飞临万县上空，机身猛失平衡，被迫降落于扬子江心，轰炸员和射击手脱下飞行衣，跳水浮到对岸，库里申科因疲劳过度，无力泅渡而光荣牺牲。
战争进入1940年夏，中苏空军又联合反击了日机对重庆、成都为中心的“第101号作战”。1939年，苏普伦(后由科基纳基接替)率歼击机队50架飞机进驻重庆，加强重庆的防空能力，迫使日机不敢在昼间对重庆进行狂轰滥炸。至1940年9月，中苏空军共击落日机16架，击伤387架，击毙日空军官兵89人。(12)从9月开始， 日军将最新式的性能远超过苏制飞机的零式“AIMI战斗机”投入战场，同月13日中苏空军在重庆上空首次迎战该型日机，结果被击落13架、击伤11架， 日机仅受伤数架。之后，中苏空军为减少损失，基本上采取避战办法，只对日军后方实施某些骚扰性活动; 日机则肆意横行中国领空，轰炸后方，搜歼中国空军。年底，中国空军仅存飞机约六十五架，处于苏联空军援华后的最低谷，(13)空战进入最困难阶段。这种局面直到太平洋战争爆发，美国空军志愿队参战后才得到改观。
1941年6月22日，苏德战争爆发，苏联无力继续支援中国抗战，其志愿航空人员陆续回国。从1937年至1941年苏联共向中国提供各型飞机1250架，(14)先后在中国战斗的航空志愿人员达两千余人(一般每半年更换一次，每批200至300人)，其中飞行员七百余人，(15)他们与中国飞行员并肩作战，共击毁日机1049架，(16)沉重打击了日本侵略者。但战争是残酷的，历时近四年的空战中，有近二百名苏联飞行员血沃中国长空。历史上的这场战争正随着时间的推移远离现实的空间，苏联志愿航空队的英名和业绩以及他们表现出来的大无畏的国际主义精神将永垂史册。正如蒋介石所言：“由于苏联人民的深切同情和支持，给了中国物质援助，才有可能进行长期的解放战争。”(17)有人认为苏联援华的动机和目的是出于本国民族利益和外交政策需要的考虑，这一点固然不能忽视，但民族利益和人类利益并不脱节。
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