8月14日14時50分，日軍精銳木更津航空隊和鹿屋航空隊從臺北出發，18架「三菱96」式轟炸機分兩批往杭州上空飛來，目標直指筧橋機場。幾乎同時，高志航的第四驅逐機大隊從河南周家口機場飛來。前一晚，在南京領命的高志航電告第四大隊：「全大隊於14日飛抵筧橋。」
8月14日的杭州，正處於颱風眼中，天空雷雨交加，四大隊的黃色「霍克3」驅逐機機群在氣流中顛簸，迎著呼嘯的風雨前行。從南京趕回杭州筧橋的高志航渾身溼淋淋地站在機場跑道上，緊盯著天空，防空哨所剛剛打來電話，9架敵機正經曹娥江飛向筧橋。雨雲裡鑽出一個黑點，兩個、三個，是霍克機！飛機盤旋在機場上空，領頭的中隊長李桂丹已對著跑道俯衝下來，跑道上掀起一片水浪。高志航對著飛機揮手大叫：「停止關車！停止關車！」李桂丹看到大隊長焦急的神色，馬上一拉操縱杆，輕巧的霍克機一昂頭，又衝上了天空。編隊的飛機見狀，也立刻一架一架重新上天。高志航長舒一口氣，轉頭見自己的座機已滑到身旁，立刻跳進機艙，昂首上天。四大隊輾轉千裡，未及加油加彈，便投入了空戰。高志航駕駛霍克-Ⅲ型驅逐機起飛後，先爬高至雲上，未見敵機，即下降至雲下，發現96式飛機1架，迅速逼近目標，連續兩次射擊，首開記錄，日機中彈墜毀。隨後又發現3架日機，便抓住機會迅速佔位瞄準攻擊，又擊落日機1架。與此同時，第21中隊中隊長李桂丹等人也發現2架日機，經連續攻擊，擊落、擊傷各1架。在空戰中，日機為躲避中國驅逐機的攻擊，時而鑽進雲中，時而降至雲層下，由於中國飛行員英勇頑強，緊追不捨，經約30分鐘激烈戰鬥，擊落和重創日機3架。受傷的1架日機在返航中墜毀。中國空軍無一傷亡。
空戰持續約30分鐘，高志航擊落日機一架，全大隊擊落日機3架，擊傷1架，這架敵機後來墜毀在基隆海面。中國空軍以4∶0開創首次對日空戰大捷。高志航成為中國第一個擊落外敵入侵的第一人。
兩個小時後，杭州報紙就出了號外。杭州沸騰了，中國沸騰了。但更大規模的空戰也隨之開始：次日凌晨，無法相信自己失敗的日軍從他們的「加賀號」航母上起飛，再次襲向杭州和上海，但短短三天日機被擊落12架，96式轟炸機被擊傷不能再戰的僅15日一天就超過10架。3天後，日軍兩個航空隊被迫停止攻擊，鹿屋航空隊隊長石井義大佐剖腹謝罪。筧橋空戰戳穿了日本空軍不可戰勝的神話，轟動了整個世界。
空戰後，高志航晉升為空軍驅逐機上校司令，第四航空大隊更名為「志航大隊」，蔣委員長親自點名嘉獎，並且將自己的座駕「天窗號」，獎給了高志航。首戰獲勝，給日軍以沉重打擊，極大地鼓舞了中國軍民抗日鬥志，增強了戰勝侵略者的信心。為紀念首次空戰勝利，國民政府將8月14日定為「空軍節」。
高志航、樂以琴、劉粹剛、梁天成，被合稱中國空軍的「四大天王」。
中國空軍繼取得「八·一四」空戰大捷後，在隨後的兩天內又在華東上空連續痛殲來犯飛賊，取得「八·一五」、「八·一六」空戰大捷。短短3天時間，第一聯合航空隊38架新型九六式攻擊機就被中國空軍擊落18架。華東上空簡直成了侵略者的空中墓地。日本媒體發出「中國已非昔日之支那」的哀嘆！而在前幾天，不可一世的日本空軍還不承認中國空軍的存在！
在激烈的空戰中，一個又一個優秀飛行員在血與火的較量中脫穎而出。特別是四大隊分隊長樂以琴，在「八·一五」空戰中駕駛2204號戰機左右開弓，彈無虛發，一連擊中4架日機，打得日本飛行員魂飛魄散。從此，日本飛行員稱樂以琴為「空中趙子龍」，只要遇到2204號戰機，就主動避開，從不敢與之單獨交鋒。
繼連續擊落3架敵機後，9月26日，傷勢未愈的四大隊長高志航，又在南京空戰中挑落號稱日本「四大天王」之一的山下七郎大尉。山下七郎也被中國軍民生擒。
高志航一時被譽為中國的「空軍軍神」。其領導的四大隊也屢次大敗木更津航空隊。對於高志航的出色表現，日本也佩服得五體投地，稱其為「中國空軍最有價值的飛行員、指揮員」。日本飛行員出發前都要發誓說：「我要做了虧心事，出門就碰上高志航」。面對中國空軍在藍天築造的銅牆鐵壁，木更津航空隊隊長石井義大佐多次受到上司斥責卻又一籌莫展，最後以剖腹自殺交差。
10月6日，換裝新型九六式艦載戰鬥機的日本海軍第二聯合航空隊，在空襲南京得手後，竟然在南京上空作起了特技表演，羞辱因實力大減未能升空迎戰的中國空軍。第五大隊飛行員劉粹剛怒不可遏，單機起飛迎敵，迅速打下一架日機，其他日機當即抱頭鼠竄。當時，南京萬人空巷，冒著被日機掃射的危險為劉粹剛喝彩。從此，劉粹剛被譽為「中國的紅武士」。
在華北戰場，9月21日，並非中國空軍主力的第二十八中隊以7架戰機（多為更加落後的霍克－2）在太原上空迎戰號稱日本陸軍航空兵「射擊之王」的三輪寬少佐帶領的20餘架戰機。中隊長陳其光在3名隊友相繼中彈犧牲的情況下，毫不畏懼，緊緊咬住三輪寬的長機不放，直到將其擊傷，被日軍視為「軍寶」的三輪寬在迫降後被中國軍民擊斃。日本陸軍航空兵又受到沉重打擊。
挑戰極限，力挽狂瀾
1937年10月，在戰機即將告罄之際，中國空軍驅逐機司令兼四大隊長高志航挑選率20名優秀飛行員到蘭州接受蘇聯援助的飛機。日軍乘中國空軍主力不在，竟然出動150多架飛機輪番轟炸防守上海大場的中國軍隊，中國守軍損失慘重。高志航在蘭州聽到這一消息後，向蘇方代表提出，把一個月新機訓練時間縮短到3天。隨後幾天，高志航先後兩次頂風冒雪駕機獨闖六盤山，開闢了從蘭州直飛西安的六盤線航線。不幸的是，6架戰機在強行穿越六盤山時毀於狂風暴雪之中，機毀人亡。
10月26日，山西淪陷在即，山西軍隊向南京政府請求空中支援。捉襟見肘的南京政府決定派王牌飛行員劉粹剛率3架戰機星夜馳援，以表示中央政府對山西抗戰的支持。由於天氣惡劣，其他兩機相繼掉隊或返航，劉粹剛仍然單機馳援山西，結果，在一團漆黑中撞到山西高平縣的魁星樓，不幸犧牲。
11月11日，上海淪陷在即，華東前線中國空軍的驅逐機損失殆盡，無法為轟炸機群護航，第二大隊徐卓元副中隊長仍然帶領3架轟炸機冒險出擊日本「龍驤」號航空母艦，將其炸得遍體鱗傷。返航時，3架中國戰機遭到日機的截擊，二亡一傷，4名機組人員殉國。
12月3日，南京危在旦夕，中國空軍僅剩樂以琴、董明德二人起飛迎戰數十架日機。樂以琴駕駛戰機在日機中走起了凌波微步，致使企圖左右夾攻他的兩架日機互撞而亡。更多的日機圍了上來，樂以琴的戰機很快中彈起火。樂以琴在跳傘時為防止給日本人當靶子，打開降落傘較遲，結果觸地犧牲。
12月22日，高志航率領的14架戰機因連日大雨陷在河南周口機場動彈不得，又因的告密遭到日機偷襲，大部損失。高志航在連續3次發動飛機未能成功的情況下，毫無躲避之意，壯烈殉國。
儘管損失慘重，中國空軍仍時不時發動反擊。1938年5月19－20日，第十四中隊中隊長徐煥升帶領2架轟炸機對日本進行「人道遠徵」、「紙片轟炸」，先後在日本長崎、福岡上空撒下數百萬份傳單，震驚世界。徐煥升因此成為二戰期間「轟炸」日本本土的第一人，戰後被美國《生活》雜誌評為二戰期間最為著名的12名飛行員之一。
1942年5月，日軍佔領緬甸，美國援華物資最後一條陸上通道—滇緬公路被切斷。中國空軍又和美國空軍一道勇闖喜馬拉雅山和橫斷山脈，開闢了從印度汀江到四川宜賓的主航線以及數條支航線。這就是著名的「駝峰航線」。在中國抗戰進入最困難的時刻，中、美飛行員不僅為中國抗戰空運大批急需物資和軍火，還極大地鼓勵了重慶方面的抵抗鬥志。由於航線極其複雜，氣候惡劣，加上日軍不時偷襲，到抗戰結束前，共有100多名中國機組人員長眠於駝峰航線。
眾志成城，同仇敵愾還有一位東北籍飛行員閻海文在抗戰爆發後當眾發誓：「我是一個流亡者，我要打回東北老家去，要為東北3000萬同胞復仇」。8月17日，閻海文在戰機起火後跳傘，不幸被風颳到敵陣。日軍士兵蜂湧而至，企圖抓活的。閻海文從容撥出手槍，連續5槍，射殺5名日兵，然後將最後一顆子彈送進自己的頭中。
高志航因「八一五」空戰受傷住院後，浙江籍飛行員王天祥代理第四大隊大隊長之職繼續抗擊日軍，一周後光榮殉國。閻海文犧牲後的第二天，江蘇籍飛行員沈崇誨在戰機發生故障後拒絕跳傘或迫降，帶著復仇的怒火連人帶機撞向敵艦，與之俱沉。尤為可貴的是，中國空軍還主動打破軍種間的畛域之見，不遺餘力地支援地面戰鬥。
1937年9月18日，為紀念「九·一八」事變6周年，中國空軍幾乎調動所有能出動的飛機對淞滬日軍進行徹夜轟炸，給日軍造成重大人員傷亡和物資損失。由於中國空軍的持續攻擊，日軍頭兩個月在上海幾乎是寸步難行。
1938年3月，中國軍隊血戰臺兒莊，三大隊北上增援，第一天就擊落敵機2架。第五戰區司令李宗仁聞訊後，激動地連說幾個「好得很」，連日來飽嘗日機轟炸掃射之苦的陸軍兄弟無不熱淚盈眶。4月初，日軍被迫從臺兒莊撤退，中國空軍又在天上截殺，中國軍隊終於取得了抗戰以來戰果最大的一次勝利—臺兒莊大捷。4月10日，日本陸軍航空兵企圖從空戰中找回便宜，又被中國空軍打得落花流水，曾代表日本空軍狂妄地向中國空軍下戰書的日本王牌飛行員加藤建夫也被擊斃，成為中國取得臺兒莊大捷錦上添花之筆。
1939年12月27日，中日大戰崑崙關最激烈的一天，三大隊中隊長韋一青在擊落一架敵機後不幸中彈犧牲，飛機恰好墜入敵軍陣地。陸軍第200師官兵看在眼裡，怒在心中，一邊高呼「把空軍兄弟搶回來」，一邊衝出掩體，和日軍展開激烈的白刃戰，不僅奪回了烈士的遺體，也乘勢大敗日軍，最終取得崑崙關大捷。
應該指出的是，抗戰期間，中國空軍還先後和蘇聯飛行員、美國飛行員進行了密切的合作，取得了一系列的輝煌戰果。僅在1939年10月，中、蘇空軍兩次襲擊武漢日本空軍基地，就炸毀日機近100架，日本海軍第一聯合航空隊司令原二四三少將等大批空軍骨幹也被炸得血肉橫飛。
1943年以後，中美空軍密切合作，重新從日軍手中奪回制空權。1944年12月27日，中、美空軍16架P－51合作襲擊廣東，日本陸軍航空兵王牌飛行員、飛行第九戰隊隊長役山武久少佐率10架二式戰鬥機升空作困獸鬥，結果9架被擊落，役山武久也被擊斃。
前赴後繼，視死如歸抗戰期間，中國空軍除1941年9月27日張惕勤脅迫2名機組人員駕駛一架轟炸機投降汪偽政權外（其他二人後來也脫離汪偽空軍），無一人一機投敵。在殘酷的空戰中，中國空軍湧現出無數可歌可泣的英雄人物和英雄群體。
繼閻海文、沈崇誨壯烈犧牲後，1937年8月25日，六大隊飛行員、孤膽英雄高漠單機出上海，遭到日軍高炮和飛機的上下夾擊。高漠左右穿梭，身上多處受傷，仍然堅持炸彈投完、油料將盡時才從容返航，後終以失血過多犧牲。
在1938年「二·一八」的第一次武漢大空戰中，四大隊長李桂丹等5名飛行員英勇犧牲。2月21日，武漢社會各界舉行「慶祝空捷、追悼國殤」的萬人大集會。在1938年「四·二九」第二次武漢大空戰中，年僅22歲的四大隊飛行員陳懷民在擊落一架敵機後受到5架敵機的圍攻，機身多處受傷。正當地面數萬同胞為之提心弔膽、高喊「快跳傘」之時，陳懷民毅然開足馬力，駕機撞向最近一架日機，兩條火龍同時墜向地面。一時山河為之變色，草木為之含悲。6月5日，社會各界在武漢追悼空軍陣亡將士英靈。周恩來代表中共中央駐漢辦事處獻上「義薄雲天」橫幅一面。中共《解放周刊》還特地作了題為《英勇的中國空軍萬歲》的時評。
對於中國空軍視死如歸的精神，就連日軍也深為欽佩。在閻海文自殺殉國後，日軍特在其犧牲處為其樹碑，上書：「支那空軍勇士之墓」。1937年10月，在日本東京專門舉行了「中國空軍勇士閻海文之友展覽會」，陳列了烈士的飛行服、降落傘、手槍等遺物，前來參觀者絡繹不絕。
就軍事而言，飛行員的價值遠遠超過飛機本身，但是面對舊中國航空工業一貧如洗、作戰飛機損失一架少一架、日本飛機越打越多越打越新的殘酷事實，許多飛行人員在飛機受傷或發生意外故障之時，首先想到的不是跳傘逃生，而是儘量迫降、保全飛機。
在「四·二九」空戰中，中國飛行員信壽巽在飛機中彈70餘處、機身著火的情況下堅持將飛機安全降落到機場，令來華助戰的蘇聯飛行員也欽佩不已。但是，在殘酷的空戰中，更多的飛行員，如第五大隊副中隊長梁鴻雲、第6大隊飛行員黃文模、高漠等人都是在身負重傷的情況下忍痛迫降或返航，雖然保住了飛機，自己卻因失血過多而亡。其中孤膽英雄高漠在一度清醒後，第一件事竟是匯報戰鬥經過。也有一些飛行員在迫降時遭遇不幸，其中最為悲壯的要數曾擊落8架敵機的王牌飛行員袁葆康的迫降。他在飛機起落架被敵人擊壞的情況下，仍然堅持迫降，希望能保住飛機，結果機毀人亡。
血戰到底，永不言敗
器不如人，空軍8年抗戰總是充滿了悲壯，至今讓人感到心情十分沉重。
1940年，中國空軍最艱難的一年，飛機越打越少，戰爭初期成長起來的優秀飛行員大多殉國；侵略者的飛機卻越打越多、越打越新，特別是臭名昭著的零式戰鬥機的參戰，幾乎給中國空軍造成滅頂之災。9月13日，中國空軍三、四大隊34架老掉牙的蘇制И－15、И－16驅逐機迎戰13架日本零式戰鬥機，結果被擊落13架，擊傷11架，10名飛行員殉國，而日機僅有幾架輕傷而已。倖存的中國飛行員落地後淚水漣漣：「我們的飛機差多了，根本還不了手！」
1941年3月14日，中國空軍五大隊指揮31架驅逐機又和12架日本零式戰鬥機狹路相逢，再次損兵折將，第五大隊大隊長、副大隊長以下8名飛行員殉國。從此，第五大隊的番號被撤銷，改稱「無名大隊」，隊員一律配帶「恥」字臂章上崗。
儘管如此，中國空軍始終沒有放棄抵抗的意志和行動，屢戰屢敗，仍然屢敗屢戰。兩年後，隨著中國空軍引進大批美制P－40、P－51先進戰機，好馬佩好鞍的中國空軍馬上成為空中的主人，空戰又出現向中國一邊倒的戲劇性變化。無名大隊也因戰功卓著恢復了五大隊的番號，成為中美航空混合團（以一、三、五大隊為基礎成立，美方人員佔1/5，屬於中國空軍戰鬥序列，由原飛虎隊隊長陳納德指揮）的中堅力量。1944年7月19日，五大隊10架戰機和16架日機相逢，取得了6∶0的戰績。8月28日，五大隊11架戰機再次和數十架敵機交手，又取得10∶1的戰績。
從此，日本的膏藥旗在中國的天空消失了，中國空軍放手打擊日本陸軍。
民族脊梁，忠魂永存
1945年8月21日，洞庭湖上空顯得格外清澈，五大隊飛行員周天明等人心情也特別愉快，他們剛剛接到一項特殊的任務：到洞庭湖上空押送日軍洽降代表到芷江機場。日本要投降了！周天明等人駕駛6架P－51驅逐機風馳電掣般地飛至洞庭湖上空。1架從機頭到機尾都飄著白旗的日本百式運輸機早已在此戰戰兢兢地恭候。在中國戰機的監押下，日機在芷江機場繞場三圈後降落，侵華日軍副總參謀長今井武夫耷拉著腦袋走出了飛機，向中方遞交了《日軍駐地分布圖》和《日軍人員武器表》。9月9日，中方在南京正式接收侵華日軍投降，中國空軍第一路司令張廷孟上校大筆一揮，代表中國空軍非常自豪地在受降書上寫下自己的大名。
至此，中國空軍終於迎來了來之不易的勝利，完成了空中抗戰的光榮使命。8年間，中國空軍共取得擊落擊毀敵機1226架、擊傷炸傷敵機230架、炸毀炸傷敵坦克車輛8546輛的驕人戰績。一位日軍高級軍官曾遺憾地說，要不是中國空軍的出色發揮，「我們可能已經到了我們所希望去的任何地方。」
當然，由於戰爭的空前殘酷與持久，中國空軍也付出了沉重的代價。8年中，中國空軍損失各種飛機2468架，6164人殉國。而這6000餘名烈士，幾乎都是清一色的熱血青年，其中年齡最大的剛過而立之年，最小的還不到20歲。一大隊飛行員高錦綱（1927－1943）犧牲時還是個娃娃，年僅16歲，是為國捐軀的空軍烈士中最年輕的一位。中國空軍的「四大天王」的犧牲尤其讓人感到惋惜。最大的天王高志航犧牲時也只不過29歲，犧牲後被追授為少將，是抗戰時期犧牲級別最高的空軍軍官。犧牲最晚的天王梁天成也只有26歲。劉粹剛犧牲時為24歲。最小的天王樂以琴原名樂以忠，因年紀不夠報考空軍條件，遂冒其哥樂以琴之名才考取了中央航校，犧牲時年僅22歲。