1932年一二八泄滬會戰時，中國軍隊沒有空軍支援，當然也沒有制空權可言，日軍飛機將第19路軍防守的閘北地區，轟炸成一片瓦礫場，軍民死傷慘重。國民政府在初步認識到中日戰爭很難避免的同時，也認識到空軍對國防的重要意義。一方面加強空軍的領導、健全機構，興辦航校，培訓空軍人才；一方面增加空軍經費，建設飛機製造工廠和從國外購迸飛機以擴充部隊。
至1937年七七事變時，中國的空軍已初具規模，共有10個飛行大隊另6個獨立飛行中隊，擁有轟炸機137架、驅逐機（當時中國空軍稱戰鬥機為驅逐機）121架，攻擊機20架、偵察機39架，連同運輸、教練等機，總計約600架。飛行人員約300名（包括在校培訓學生，作戰飛機建制飛行員620人）。
為適應抗戰需要，對組織機構進行了調整，最高領導機關仍為航空委員會，並仍由蔣介石兼任委員長，宋美齡任秘書長，周至柔任主任委員。委員會下增設前敵總指揮部，由周至柔任總指揮，毛邦初任副總指揮，具體負責作戰指揮。其下再設轟炸、驅逐、偵察3個司令，分領各部隊。具體編製及機種、駐地等如下：
空軍前敵總指揮部
空軍轟炸司令
第1大隊（駐南昌）
第1中隊、第2中隊（各有輕轟炸機9架）
第2大隊（駐廣德）
第9中隊、第11中隊、第14中隊（各有輕轟炸機9架）
第8大隊（駐南昌）
第10中隊（轟炸機12架）、第19中隊（轟炸機6架），第30中隊（重轟炸機6架）
空軍驅逐司令
第3大隊（駐句容）第7中隊（驅逐機9架）、第8中隊（驅逐機7架）、第17中隊（驅逐機10架）
第4大隊（駐南昌）
第21中隊（驅逐機10架）、第22中隊、第23中隊（各有驅逐機9架）
第5大隊（駐南昌）
第24中隊（驅逐機10架）、第25中隊、第28中隊（各有驅逐機9架）
獨立第29中隊（驅逐機12架）
空軍偵察司令
第6大隊（駐南京）
第3中隊、第4中隊、第5中隊（各有輕轟炸機9架）、第15中隊（驅逐機9架、轟炸機7架）
第7大隊（駐西安）
第6中隊，第12中隊、第16中隊（各有偵察機9架）
獨立第31中隊（輕轟作機9架）
第9大隊（駐蚌埠）
第26中隊、第27中隊（各有攻擊機10架）
筧橋航校暫編大隊（駐筧橋）
第32中隊（輕轟炸機9架）、第34中隊（驅逐機99架）、第35中隊（偵察機9架）
獨立第13中隊（輕轟炸機7架）
獨立第18中隊（輕轟炸機9架）
獨立第20中隊（輕轟炸機9架）
獨立第33中隊（驅逐機9架）
空運隊
中國空軍的飛機，絕大多數購自外國，僅有極少數為國產。飛機種類繁多，維修不易，常因缺少零部件而不能起飛，戰時補充就更為困難。七七事變前，空軍在內戰中沒有空中對手，訓練重點是攻擊地面目標，所以，飛行員多缺乏空戰的戰術技術素養。
日本沒有獨立編製的空軍。飛行部隊分別隸屬於陸軍和海軍，稱之為航空兵，是陸、海軍的一個兵種，因而，在支援地面部隊和艦艇作戰時，協同密切。但因缺乏統一的指揮和獨立的作戰機制，往往不能充分發揮其威力，七七事變時，日陸軍航空兵的作戰部隊，有20個戰鬥機中隊（每隊編製機12架、預備機8架）、6個輕轟炸機中隊（每隊編製機9架、預備機6架）、8個重轟炸機中隊（每隊編製機6架、預備機4架）、15個偵察機中隊（每隊編製機12架、預備機8架），還有3個轟偵混合中隊。海軍航空兵的作戰部隊，共有飛機811架，數量雖較陸軍為少，但技術裝備及飛行員素質較好，最早與中國空軍進行空戰的，是日本海軍航空兵，淞滬會戰開始前，日軍部署在華中方面的海軍航空兵，有第1航空戰隊（艦載戰鬥機21架、轟炸機12架、攻擊機29架）、第2航空戰隊（艦載戰鬥機12架、轟炸機12架、攻擊機18架）、第1聯合航空隊（陸基戰鬥機14架，攻擊機38架）、第12戰隊（水上偵察機9架）和第22航空隊（水上偵察機6架）。
1937年七七事變發生後，中國統帥部在調動軍隊北上的同時，準備將空軍主力使用於華北方面，當時空軍己制定了《冀北作戰計畫》。主要內容為：「先以空軍主力奇襲天津、丰台等處，摧毀敵陸軍根據地，並相機協同我陸軍擊破該方面之敵；同時以空軍一部擔任京杭防空及沿海沿江之偵察與警戒，並對京滬方面仍作緊急時主力轉移之準備，」決定先以11個中隊組成天津支隊和南苑支隊，進入華北作戰。8月上旬，日本海軍向上海方面集結兵力。中國統帥部也改變空軍主力北上作戰的計畫，將主力向華東方面集結。
8月12日，京、滬之間的中國軍隊開始向上海市區輸送，以便「掃蕩淞滬日軍」。指揮京滬警備部隊的司令官張治中（13日正式發表將京滬警備部隊編力第9集團軍，張治中任總司令）向蔣介石請示：「可否於明日拂曉前開始攻擊？我空軍明晨能否同時行動？」同時還進言：「職見一般對空軍似有微同，如能幹此役發揮我軍極大威力，則可稍振中外人士之觀聽。」中國統帥邵遂決定空軍與陸軍一同開始作戰。蔣介石一面回電張治中，令其「等候命令並須避免小部隊之衝突」；一面令空軍迅速進行作戰部署。空軍前敵總指揮周至柔於13日14時下達了《空軍作戰命令第1號》，賦予空軍「階助我陸軍消滅盤踞我上海之敵海陸空軍及根據地之任務」，要求「各部隊應於14日黃昏以前，秘密到達準備出擊之位置，完成攻擊一切準備」。規定各部隊之出擊位置為：第9大隊曹娥機場，第4大隊寬橋，第2大隊廣德、長興，暫編大隊嘉興，第5大隊揚州，第6大隊蘇州、淮陰，第7大隊第16隊滁縣；第8大隊南京大較場，第3大隊第8隊大校場，第17隊句容。命令剛剛下達，淞滬會戰已經開始，中日雙方軍隊在八字橋一帶正式開火。空軍總指揮連夜緊急下達《空軍作戰命令第2號》，不俟已北上各隊轉場完畢，即令就近各隊於14日開始出擊。
14日上午，第5大隊驅逐機17架分兩批於揚州起飛，沿長江向東搜索，於9時20分，在川沙及南通附近、襲擊日軍一艘驅逐艦，將其擊傷；暫編大隊偵察機5架從寬橋起飛，7時許偵察上海日軍各據點情況，並襲擊公大紗）內日軍倉庫；8時，第2大隊轟炸機21架從廣德起飛，轟炸吳淞口之日艦及匯山碼頭、公大紗廠等日軍據點。
14日下午，第5、第2大隊和暫編大隊，再次出動驅逐機9架、偵察機3架、轟炸機21架，襲擊、轟炸上海日海軍陸戰隊司令部及公大紗廠等地日軍。被日機擊傷驅逐機2架（一架迫降時墜毀），被日地面防空炮火擊傷轟炸機2架（一架返航至常州附近墜毀），犧牲飛行員3名。
當日海上有颱風，在東海的日航空母艦上的飛機不能起飛，僅有停泊於淤滬附近的日「出雲」號艦上的少量水上偵察機起飛作戰，日海軍第3艦隊司令官長谷川清，遂令剛剛由日本轉場至台灣的第1聯合航空隊之鹿屋航空隊出擊。14時50分，日機兩隊，各有9架攻擊機，分別向中國空軍的杭州覽橋機場和廣德機場攻擊。18時30分，空襲杭州的9架到達覽橋、喬司機場上空。原於8月7日受命北上已轉場至河南周家口機場的第4大隊，遵照《空軍作戰命令第1號》剛剛到達筧橋，多數飛機尚未加油，敵機逼近的緊急警報即已發出。大隊長高志航立即駕機升空迎擊，已加油的部分飛機亦隨之起飛。這是中日空軍的第一次空戰。日本96式攻擊機比中國霍克—3驅逐機多1門機關炮，飛行員受過嚴格的空戰訓練，但中國的霍克—3驅逐機比日本96式攻擊機速度快，飛行員不僅飛行技術精良，而且抗戰愛國、積極求戰的熱情特別高。高志航首開記錄，擊落第1架日機。中隊長李桂丹等接著又擊落1架、擊傷數架。其餘日機當即逃走。日軍承認，這次空戰被擊落2架、重傷1架（至台北機場時損壞）。中國空軍無一傷亡，以3:0獲得第1次空戰的勝利，不過，1架加油未滿即升空迎戰的飛機，在油料耗於後迫降時墜毀；1架未加油的飛機在機場被敵機炸彈炸毀，飛行員3名犧牲。廣德上空，第34隊隊長周庭芳單機巡邏警戒，敵機到達時，擊傷日機1架，返至基隆時沉于海中。
8月14日，中國空軍多次襲擊淤滬地區的日軍艦艇及陸戰隊據點，並取得中日首次空戰的勝利，增強了中國軍民抗戰必勝的信心。1940年，國民政府將8月14日定為空軍節。
日本海軍由於在華東沒有陸上