自「七七事變」後，我空軍即以主力集中華北，對敵作戰，至八一三淞滬戰起，遂調赴淞滬地區。當時我轟炸大隊，以敵人據點與海軍泊吳淞口艦隊為目標，驅逐大隊保護杭州、南昌等空軍機場。茲將空戰中戰役擇要敘述如下：
一、八一四空戰
八一三滬戰爆發，我空軍即於十四日分批在滬轟炸敵軍事據點與艦艇，同日，敵機亦分批襲我杭州與廣德機場。我第四大隊各機甫自周家口抵達筧橋機場，即緊急升空作戰，由高志航率領隊長鄭少愚、李桂丹兩機群共二十七架，分途攔截敵機，奮戰結果，當場擊落敵九六式轟炸機三架，首創空戰之光榮紀錄。後中央定此日為空軍節，藉以表揚戰功而資紀念。
二、八月十五日，敵機六十餘架分批轟炸我南京、杭州、嘉興、曹娥等機場。敵軍除使用艦上轟炸機外，並調其最精銳之鹿屋及木更津等海軍航空隊，進駐臺灣與青州島，越重洋攻我首都及主要機場，期一舉摧毀我空軍。我空軍第九大隊於曹娥上空擊落敵九四式轟炸機四架，第四大隊於杭州上空，擊落九四式轟炸機十六架，並協同第三、五大隊及航校暫編部隊於南京上空，共同擊落敵機十四架。八月十六日，敵又以轟炸機分襲各地，復被我第四、五、三各大隊，分別於杭州、句容、嘉興、南京、揚州上空截擊，共擊落八架。經三日之劇戰，總計擊落敵機四十六架之多。木更津與鹿屋二聯隊，經此一役，為我消滅殆盡，實為敵始料所不及也。而我劣勢之空軍有此輝煌之戰果，中外報紙皆一致讚揚。
三、轟炸白龍港敵艦之役
八月十九日，我第二大隊龔穎澄、謝郁青各率諾機（轟炸機）七架，並由第四大隊李桂丹率
霍機（驅逐機）六架為掩護，往白龍港花島一帶襲擊集結該處之航空母艦，結果炸沉巡洋艦一艘。是役，隊員沈崇誨座機故障，乃加足油門，向敵艦俯衝，結果與敵艦同歸於盡，壯烈犧牲。
四、轟炸上海敵軍司令部
自上海戰起，敵我陸軍對峙於上海虹口附近，我空軍為摧毀該地區之敵軍司令部與兵營，以協助陸軍之進攻，乃於八月十七日以空軍第四、二、五、七等大隊之霍機十七架，諾機十二架，可機十五架，由副大隊長孫桐崗及隊長董明德、楊鴻鼎、劉粹剛、李桂丹分批率領，前往轟炸敵虹橋陣地與司令部，敵損害甚大，並曾擊落敵驅逐機、轟炸機各一架。是役，因敵高射砲火力猛烈，我隊員閻海文駕機被敵擊中，跳傘降落敵方，為敵包圍，該員不願被俘，拔槍擊斃敵人而以最後一彈自殺。敵人為敬仰閻氏之壯烈殉國，特厚加葬殮，並為之立碑（「支那空軍勇士之墓」）紀念，即敵國內報紙，對其壯烈殉職事蹟，亦加讚揚。
五、南京空戰
敵以陸海空聯合兵力於上海沿海登陸，佔領據點後，於上海、崇明島開闢臨時機場，同時，敵新式飛機亦逐漸改良，數量亦日有增加。反觀我航空工具落後，雖有由友邦購買或贈送、惟為數有限。空軍作戰必定有一線作戰機，二線預備機，以及工廠製造機，源源補充，始可持久。
上海、揚州、廣德等處空戰，敵我雙方均有損失，但因我補充困難，以致幾次空戰後，制空權不能確保，當時我空軍不敢白天出去，改行夜間襲擊，惟夜間設備簡陋，動作困難。九月十八晚，我出動飛機二十四架，使敵遭受重大損害。敵於翌日向我報復，以艦上驅逐機、轟炸機三十餘架，空襲南京，我以駐南京、句容各隊驅逐機二十一架，由隊長毛瀛初、萌壯如、黃新瑞，分率霍機及波因機迎擊，展開空前劇戰，格鬪拼衝，結果擊落敵機一架，創敵機四架。是役我隊員劉蘭清、戴廣進陣亡，劉依均、劉宗武、楊吉恩、吳鼎臣均負傷。
六、太原、南昌、漢口、武漢空戰
二十六年九月二十一日太原空戰，二十七年二月二十五日南昌空戰，二十七年二月十八日漢口空戰，二十七年四月廿九日武漢空戰，共擊落敵機三十七架，俘敵「驅逐之王」三輪寬少佐一員，旋因傷重致死。其後之武漢保衛戰，炸傷敵艦六十七艘，沉二十三艘。我方陣亡大隊長李桂丹一員，隊長呂基淳，隊員梁定苑、巴清正、王怡、李鵬翔等五員。
七、遠征日本之役
民國二十七年春，我空軍為宣揚國威，喚起日本軍閥與民眾之覺悟，策定以紙彈作宣傳工具，遠征日本計劃。惟我空軍向缺乏海洋航行訓練，對空通訊設備又簡陋，故對遠征航行之指揮，氣象及場站之通信問題，均臨時著手準備，如加設飛機定向儀、短波通報機，及地面對空電臺之呼聲等，經苦心研究，準備妥善後，於二十七年五月十九日，由第十四隊隊長徐煥昇率第八大隊第十九隊副隊長佟彥博，分駕馬丁機二架，攜帶小冊傳單，由漢口起飛，經南昌、衢州至寧波前進基地降落加油，於十九日二十三時，再由寧波起飛赴日本，在長崎、福岡、久留米、佐賀及九州各城市散發傳單，並偵察日本機場及軍港情況。二十日，兩機曾分落於玉山、南昌，十一時三十分回漢口集合，圓滿達成遠征日本之任務。