全面抗戰(zhàn)爆發(fā)后，國民黨所有軍種中恐怕沒有哪一支能像空軍部隊(duì)那樣表現(xiàn)得如此出色。1937年淞滬抗戰(zhàn)爆發(fā)的第二天，8月14日，中國空軍出動(dòng)多架次轟炸機(jī)和攻擊機(jī)，空襲了黃浦江上的日本軍艦以及位于上海的多處日本軍事目標(biāo)，并在當(dāng)天擊落了3架發(fā)起日軍“96式陸攻”轟炸機(jī)，而己方無一被擊落。8月14日也因此被國民政府定為空軍節(jié)。

然而，縱使有“8.14”這樣的開局，加上高志航、樂以琴、劉粹剛，李桂丹等合稱為空軍“四大天王”的杰出飛行員與日寇以命相搏，終無法經(jīng)受實(shí)力差距懸殊的日軍空中力量的長期消耗，至1937年11月，中國空軍彈盡糧絕，再也無力阻止日本飛機(jī)對中國城市的狂轟濫炸。

之后的3年時(shí)間里，蘇聯(lián)以航空志愿隊(duì)名義，總共派遣了3000多人、400余架各型飛機(jī)參加中國抗戰(zhàn)，協(xié)助中國空軍擊落、炸毀敵機(jī)986架，毀傷日軍艦船120艘。但隨著1940年蘇日簽訂互不侵犯條約而中蘇關(guān)系逐漸轉(zhuǎn)冷，中國的天空再次向日寇洞開。

樂以琴 （1914年11月11日―1937年12月3日），四川蘆山人。曾在一次空戰(zhàn)中擊落敵機(jī)4架。抗戰(zhàn)中總共擊落敵機(jī)8架，是中國空軍第一位空戰(zhàn)王牌飛行員。1937年12月3日，在南京淪陷前的最后一次空戰(zhàn)中，被多架日團(tuán)團(tuán)圍住，他的戰(zhàn)機(jī)中彈起火，被迫跳傘。因推遲了打開降落傘的時(shí)間，觸地犧牲，年僅23歲。

劉粹剛（1913年―1937年10月25日） ，原籍安徽宿縣（今宿州）， 生于遼寧省昌圖縣。從1937年8月16日首開紀(jì)錄到10月中旬，共擊落敵機(jī)11架。1937年10月25日，飛機(jī)至山西高平縣時(shí)，因油料不足加之天黑視線不佳，在迫降過程中飛機(jī)不慎撞上了高平縣城東南城垣上20多米高的魁星樓，不幸犧牲，時(shí)年24歲。

李桂丹（1914―1938）， 遼寧新民人。曾先后擊落敵機(jī)8架，戰(zhàn)績輝煌。1938年2月18日，在武漢保衛(wèi)戰(zhàn)中，僅其1人即擊落敵機(jī)3架，激戰(zhàn)中不幸被日寇擊中，壯烈殉國，時(shí)年24歲。

國民政府繼續(xù)為空軍尋找新的外援。1940年10月，時(shí)任國民政府空軍顧問的美國人陳納德帶著蔣介石的期望回到美國，幫助中國招募和建立一支“外籍空軍兵團(tuán)”，但屢屢碰壁。直至1941年4月，在羅斯福總統(tǒng)的暗中支持下，美國政府同意美軍飛行員自愿退伍前往中國，加入陳納德的美國志愿援華航空隊(duì)（VGA）。最終，國民政府以高出美國普通飛行員數(shù)倍的工資招募到110名飛行員和200多名地勤人員，并于1941年7月分批乘船，經(jīng)澳大利亞、菲律賓、爪哇、新加坡后，最終到達(dá)緬甸。

與此同時(shí)，為VGA配備100架P－40C戰(zhàn)斗機(jī)的購買合同也已確定，但其中也頗費(fèi)周折。早在納粹德國剛剛開始進(jìn)攻法國時(shí)，法國便從美國的寇蒂斯飛機(jī)制造廠訂購了140架P-40A型戰(zhàn)斗機(jī)。正當(dāng)寇蒂斯公司準(zhǔn)備把最后一批100架P-40A型戰(zhàn)斗機(jī)交貨之時(shí)，法國已經(jīng)繳械投降，寇蒂斯公司只得把這批飛機(jī)轉(zhuǎn)賣英國。但英國空軍因不滿先前P-40的性能而將其拒之門外。獲得此消息的國民政府迅速以每架4.5萬美元的價(jià)格訂購了這批飛機(jī)。

1941年7月，100架在原先P-40A基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的P-40C戰(zhàn)斗機(jī)被秘密運(yùn)抵緬甸仰光港。卸貨過程中，操作人員不慎把一個(gè)裝有主翼的貨包掉入了仰光河中，中國最終只得到99架。

隨著人員和裝備陸續(xù)抵達(dá)緬甸的訓(xùn)練基地，1941年8月1日，蔣介石發(fā)布命令，正式成立“中國空軍美國志愿大隊(duì)”，任命陳納德上校為該大隊(duì)指揮員。

在接下來的時(shí)間，陳納德帶領(lǐng)著志愿大隊(duì)飛行員們在緬甸的密林上空上下翻飛，不斷演練著由他創(chuàng)立的對付“零”式戰(zhàn)機(jī)的“撲殺”戰(zhàn)術(shù)（在與敵機(jī)相遇之前盡量攀升至最大高度，利用P-40C上裝備的6挺機(jī)槍的強(qiáng)大火力對敵機(jī)進(jìn)行俯沖掃射，如果沒有命中敵機(jī)便立即全速拉升，再伺機(jī)對敵人進(jìn)行攻擊）。這一戰(zhàn)術(shù)既很好地避開了P-40C自身重量大的缺陷，又抓住了日本“零”式飛機(jī)的作戰(zhàn)弱點(diǎn)，堪稱空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)史上的經(jīng)典之作。

1941年12月20日上午，經(jīng)歷了4個(gè)多月艱苦而又危險(xiǎn)的訓(xùn)練，志愿隊(duì)的小伙子們終于迎來了他們的首戰(zhàn)。在昆明上空，他們將來犯的10架日軍九九式雙發(fā)輕型轟炸機(jī)中的3架給“揍了”下去，而自身無一被擊落。由于昆明地處內(nèi)陸，百姓們誤將P-40C飛機(jī)前部涂裝的鯊魚認(rèn)作老虎，大名鼎鼎的“飛虎隊(duì)”稱謂由此而來。

1941年12月7日，日軍偷襲珍珠港，太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)。美國政府出于戰(zhàn)略上的考慮，決定將民間性質(zhì)的“美國志愿援華航空隊(duì)”由“體制外”納入到“體制內(nèi)”。次年7月4日，“飛虎隊(duì)”解散，自愿留下來的隊(duì)員并入美國陸軍航空隊(duì)第10航空隊(duì)，為美國駐華空中特遣隊(duì)的骨干力量，指揮官仍舊是陳納德。由于“飛虎隊(duì)”名聲在外，第10航空隊(duì)及其后來的第14航空隊(duì)也對外稱為“飛虎隊(duì)”，并沿用經(jīng)典的“鯊魚”和“飛虎”涂裝。

美國志愿援華航空隊(duì)的存在，使得昆明、桂林等西南重要城市不再任由日軍飛機(jī)肆意轟炸，也為緬甸境內(nèi)作戰(zhàn)的中國軍隊(duì)和同盟國軍隊(duì)提供空中掩護(hù)，阻滯了日軍通過緬甸進(jìn)入中國云南的步伐。有資料顯示，英國首相丘吉爾在得知美國志愿援華航空隊(duì)和英國駐緬甸空軍在聯(lián)合作戰(zhàn)中取得輝煌戰(zhàn)績后，專門發(fā)來電報(bào)祝賀說，“中英聯(lián)合在東南亞的水田上空所進(jìn)行的戰(zhàn)斗，其意義并不亞于英國空軍在不列顛空戰(zhàn)中所取得的決定性勝利”。更為重要的是，“飛虎隊(duì)”為當(dāng)時(shí)中國唯一一條與外界相連接的滇緬公路提供了空中保護(hù)，使得國際援華物資能夠通過這條生命線源源不斷地進(jìn)入中國。

值得一提的還有，“飛虎隊(duì)”在太平洋戰(zhàn)爭初期能夠在中國西南地區(qū)廣袤的天空取得遠(yuǎn)高于“體制內(nèi)”空中力量——美國駐菲律賓陸軍航空隊(duì)——的戰(zhàn)績，原因之一得益于國民政府給予“體制外”空中力量較少的約束（陳納德在1940年甚至提出以平民飛行員身份駕駛美國轟炸機(jī)空襲日本本土，在日美還未開戰(zhàn)之時(shí)便提出這樣大膽的計(jì)劃，絕對石破天驚）；同時(shí)，國民政府優(yōu)厚的獎(jiǎng)金激勵(lì)和保障良好的生活條件也是一大重要原因。據(jù)飛虎隊(duì)員戰(zhàn)后回憶，“當(dāng)時(shí)在中國境內(nèi)的飛行員宿舍設(shè)施絲毫不亞于豪華賓館”，愛吃牛肉的美國飛行員甚至將機(jī)場周邊的黃牛、水牛和牦牛都“消滅”一空。

從1941年12月20日首次升空作戰(zhàn)至1942年7月4日解散為止，“飛虎隊(duì)”在總計(jì)7個(gè)月的時(shí)間里共擊落日機(jī)299架，擊傷153架。美國志愿隊(duì)4名駕駛員在空戰(zhàn)中陣亡，6人被高射炮射中陣亡，3人被敵人炸彈炸死，3人被俘，10人在空難事故中喪生。