「八·一三事變」後，淞滬戰場成為主戰場。當時，日軍大舉空中侵襲南京，妄圖摧毀中國的抵抗意志，尋殲中國空軍主力於空戰中，並破壞南京周圍重要機場、後勤設施。日軍上下對中國空軍的戰鬥力均持輕視態度，認為中國長期積貧積弱，已是深入膏肓的「東亞病夫」「無適宜之飛行人員人選」「訓練水平低下，遠非帝國飛將之敵手」。木更津航空隊司令竹中龍造大佐吹噓「南可轟炸新加坡、北可威脅海參崴」，只需3小時即可全殲中國空軍。
在這種驕狂氣焰的支配下，日本錯誤地估計戰場形勢，空襲南京以及上海、南昌、杭州等要地時，均採用轟炸機單獨行動的方式投入戰鬥，加之入侵初期，日軍在華東地區沒有前進機場，所有飛機均從航空母艦上起飛，或者直接從侵佔的中國臺灣、朝鮮乃至本土機場起飛，往返超1000海裡，美其名曰「越洋爆擊」，實則勞師遠襲，力量分散，無法集中使用以獲得最大效果；而中國空軍佔據內線作戰優勢，借地利、人和，沉重打擊了日本海軍航空隊。
開戰之初，中國空軍取得「8·14」空戰大捷，打出了3∶0的紀錄，當天也被定為「空軍節」。8月15日，木更津航空隊的20架96陸攻（三菱G3M）跨海奔襲南京未逞，逃跑中又發現油量不足，無法飛越黃海返回日本基地，只好改飛朝鮮濟州島，於19時20分落地。經檢查發現，除4架「未歸還」以外，另有6架受重傷，需進廠大修。號稱「皇軍精銳」的木更津航空隊首次出動，就喪失一半戰鬥力，僅剩10架可用，戰死準士官以上3人、下士官以下27人（含機上戰死2人），聲稱擊落中國戰機9架，迫降或翻滾5架，而中國飛機實際僅受傷5架。
同日，從「神威」號水上航母起飛的10架水偵轟炸杭州，報稱炸毀1架，己方1架返航落水沉沒。而「加賀」號航母起飛的13架90艦戰（中島A2N）、16架89艦攻（三菱B2M）、16架94艦爆（愛知D1A）亦空襲杭州，報稱擊落9架、擊毀6架，己方竟墜毀6架89艦攻、1架94艦爆，在杭州灣迫降損失2架89艦攻、1架94艦爆，單次戰鬥折損10架。加賀航空隊飛行隊長巖井庸男少佐、分隊長安仙三大尉斃命，飛行隊長柴田武雄恨得直罵娘。至此，僅8月15日一天，日方承認的損失就達15架。
8月16日，第1聯合航空隊不甘連日的失敗，繼續偷襲各地。7時40分，鹿屋航空隊飛行隊長新田慎一少佐率6架96陸攻從臺北松山出發，偷襲南京，在句容上空遭第3大隊痛擊，3架飛機變成火團墜地，僅有3架返回臺北。8時30 分，分隊長石俊平大尉率7架96陸攻從臺北空襲揚州機場，被擊落2架。當天， 日機被第3、第4、第5大隊分別在南京、杭州、嘉興、句容擊落8架，日方稱鹿屋航空隊損失3架，「加賀」號載機在崇明島迫降失蹤1架。
經過8月14日至16日的3天激戰，第1聯合航空隊報稱「地面爆破40架、空戰擊落19架及摧毀地面設施若干」，並承認己方「未歸還9架，沉沒、大破3 架，機組人員戰死65人」；鹿屋航空隊已損失包括飛行隊長新田慎一少佐在內的5組機員，18架96陸攻僅剩10架完好可用；木更津航空隊也損失4組機員，20 架96陸攻僅剩8架；擁有16架90艦戰、22架89艦攻、14架94艦爆的「加賀」航空隊損耗更大，墜毀7架、迫降損失3架、失蹤1架。
在「越洋爆擊」中被打蒙以後，日方發現中國空軍並非想像中的「東亞病夫」，不得不重新審視戰況，尤其「中攻四傑」之一的飛行隊長新田慎一少佐戰死，震動鹿屋航空隊，甚至引起日本海軍軍令部的高度重視，專門告誡第1聯合航空隊司令官戶道塚太郎大佐緩和攻擊步調。從此以後，日軍嚴禁96陸攻單機執勤或超低空飛行，力求集中編隊以便相互掩護，並採取夜間攻擊，儘可能迴避中國戰鬥機。
截至8月31日，中方自損27架。實際上，日本海軍在空戰中損失20架、地面9架、其他3架，計32架，對於總量保持在300架左右且可以源源不斷地獲得補充的日本海軍航空兵而言，這當然不算什麼。
進入9月，登陸日軍不斷得勢，奪取相當縱深的灘頭陣地，得以修建基地，在崇明島、公大紗廠附近高爾夫球場等多處修建野戰機場，海軍第3艦隊艦載機陸續進駐陸上機場。9月10日，原駐大連附近周水子機場的日本海軍第2聯合航空隊，掩護陸軍從海上向華北的運輸後移駐上海公大機場。該聯合航空隊下轄第12航空隊12架95艦戰（中島A4N）、12架94艦爆和12架92艦攻，及第13航空隊12架96艦戰、12架96艦爆和12架96艦攻。儘管雙翼的95艦戰馬力遠勝96艦戰（A5M），但其速度、爬升率、續航和機動性均不及單翼的後者。鑑於「加賀」號航母的96艦戰也不過6架，第13航空隊當時堪稱王牌部隊。
(上圖)1937 年年底飛抵中國的I-15 戰鬥機，機尾的「P-7180」為中國空軍飛機的序號。
9月15日起，「加賀」號航母搭載的6架96艦戰、6架90艦戰、18架96艦爆、18架96艦攻相繼進駐公大基地。這一草建的臨時機場頓時成為日軍最重要的前方補給站。入夜後從空中俯瞰，周圍租界都燈火通明，只有實行燈火管制的公大基地漆黑一片，珍貴的96艦戰分散在基地各處，避免遭受中方轟炸。
9月底，值賀忠治少將率陸軍第3飛行團進駐搶建的王濱機場，此外，日軍還有多處陸地機場，所以起飛頻率和出擊強度都大大增強，中方在上海乃至整個華東地區的空中優勢正在喪失，制空權慢慢轉移到日方。為應對這一頹勢，9月1日開始，鑑於第4、第5大隊人機數不能平衡，作戰不便，將其合為1個大隊，下轄第21、第22、第23、第24、第25隊，大隊長寧明階、副大隊長王常立。
至9月21日，開戰僅月餘，中國空軍便損失慘重。開戰之初擁有27架霍克Ⅲ的第4大隊，將百戰餘生的8架霍克Ⅲ及2架波音281戰機奉命移交給第5大隊，第21隊隊長李桂丹率全體空勤、地勤人員40人赴蘭州接收蘇制戰鬥機，南京防空任務交給第5大隊及第3大隊第17隊。同時，第2大隊亦損失大半，奉令率第9、第11兩隊赴蘭州接收蘇援新機，所餘之人、機悉數交付第14隊，由副大隊長孫桐崗留京指揮作戰，苦戰至10月6日僅剩6架。
到9月30日，中國空軍出擊113次、空戰27次，報稱擊落日機81架、擊中日艦48艘，損失65架。日方宣稱從8月14日至9月30日，擊落中方159架、不確實5架，計164架；擊破130架、不確實7架，計137架，合計取得301架戰果。實際上到10月10日，中國空軍只剩130架，而中國的航空工廠不能彌補這些損失。到1937年年底，韶關的空軍航空工廠用從損壞的霍克Ⅲ上拆下的零件拼裝了12架，只是杯水車薪。1937年10月，第5大隊第28隊開始用從英國購買的11架格羅斯特「鬥士」（簡稱「格機」）換裝戰損的霍克Ⅱ，在廣州、韶關作戰的第29隊擊傷擊落日機6架，自損5架，失事6架，亦在12月接收10架格機。
開戰兩個月，中國飛行員損失巨大，航校畢業4個月的六二期生以見習官身份投入作戰。第1、第2大隊的安排他們與六一、五甲期生為後座轟炸兼領航員，但隨著轟炸機大量損耗，每次嚴重事故都會犧牲2位久經訓練的機組人員。戰鬥機隊中，六二期見習官都沒機會升空作戰，甚至沒有練習飛行的時間，缺乏作戰經驗，傷亡大。
中國空軍原有的300多架飛機也消耗殆盡，至10月22日僅剩81架，不少還是戰傷和故障待修的，到11月初已不到36架。而日方記錄「8月14日至10月10日期間，損失39架飛機，擊落中國飛機181架、地面擊毀140架」。與微不足道的損失相比，日本陸、海軍航空隊不斷獲得加強補充。在華中方面作戰的陸軍航空兵第3飛行團原有偵察機4個中隊、戰鬥機3個中隊、輕型轟炸機2個中隊、重型轟炸機1個中隊，但作戰開始後為支援地面作戰飛機頗有損耗。1937年10月至1938年1月，該團補充94式偵察機5架、92式偵察機6架等，又於1月間獲得97司偵機（三菱Ki-15）2架，以便實施廣泛的偵察搜索；另補充95式戰鬥機23架、93輕型轟炸機7架、單輕機7架，93式重型轟炸機未獲補充。總計補充了30%的偵察機，60%的戰鬥機和80%的輕型轟炸機。
本文摘自《中國上空的鷹：蘇聯援華航空志願隊戰史1937—1941》