國民黨敗走臺灣後，在美國的扶持下，臺美雙方1958年合作成立空軍第34中隊與第35中隊（因隊徽圖樣，前者又被稱為「黑蝙蝠中隊」，後者則稱「黑貓中隊」），分別負責低空與高空偵察大陸的機密任務。在合作過程中，由美國中情局秘密提供飛機、器材、訓練、後勤，臺灣則提供飛行員與基地。至於偵照成果，則由美國優先取走，送往琉球美軍基地衝洗判讀，臺灣初期僅能留存一份拷貝。
因為任務的機密性與危險性，通過選拔的臺灣飛行員俱屬一時之選，待遇也頗優渥，享有比一般臺軍飛行員高出三四倍的津貼，不過陣亡率也頗高。如某「黑貓中隊」先後有28名隊員結訓，但最終活下來的僅有17名。尤其是「黑貓中隊」所駕駛的U2高空偵察機，在結構與逃生設計上有很大缺失，稍不留神即容易失速或解體，操縱十分困難。加上大陸解放軍後期提升雷達與地對空飛彈的性能，U2偵察機難以像初期如入無人之境般來去自如，更使飛行員往往有去無回。
作為「黑貓中隊」駕駛員的張立義出生於江蘇南京，打小就在日軍侵華的鐵蹄中流亡，其父親更於南京大屠殺中慘遭殺害，因此很早就立下保家衛國的志願，1943年小學畢業後，張立刻進入四川的空軍幼年學校就讀，接著再隨國民黨政府撤往臺灣，並成為最早換裝F-84噴射戰鬥機的優異飛行員之一。到了1963年底，張立義被徵調赴美秘密接受U2偵察機的訓練。儘管張立義視能參與此任務與駕駛新銳機種為無上榮譽，但也坦言任務指示概由美國擘劃，「我們的角色只是一個照著他們的路線圖去飛行的『司機』，不但有關U2的機械結構不讓我們深入了解，連照相工作也只需照著他們指令按個鈕。自己所拍的『成果』我們不得而知，也從不過問」。
1965年1月10日，張立義奉令航向內蒙古包頭刺探大陸研發原子彈的進度，沒想到才經過呼和浩特沒多久，張立義忽然遭解放軍發射的薩姆-2防空飛彈（SA-2）擊中，偵察機頓時爆出一團火球，張立義下意識地緊急啟動彈射，自7萬英呎高空墜落。等意識較清醒後，右臂中彈的張立義這才發現身處茫茫白雪之中，只得用降落傘將自己裹緊禦寒。當晨曦漸明後，張立義勉力拖著凍傷的雙腿，前往遠處一個飄著炊煙的村落求救。最後在闖入某間蒙古包時，張立義再也撐不住，逕自往炕上昏厥過去，令正要打開爐灶準備做飯的女屋主大驚失色。
張立義甦醒後就已經被解放軍所俘虜。他原以為會受到拷問折辱，但沒想到不僅給他治傷，還很有禮貌地給讓他吃了一頓熱騰騰的食物，始終沒有受到任何令人難堪的屈辱。
1月12日，解放軍特地派專機將張立義接往北京解放軍空軍總醫院治療，保住了張立義瀕於壞死的雙腳與挫傷的脊椎。 在羈押期間，張立義享有每天1元的夥食標準。同時學習《人民日報》、《北京日報》、《毛澤東選集》等刊物。
1970年3月，張立義忽然接到通知被釋放，並派回南京馬前村充當人民公社社員。張立義雖因無法返臺見到愛妻感到無奈，但隨即因重逢闊別27年的老母親激動對泣。母子相逢的當晚，張立義母親還特地做了紅燒鴨，張立義回憶道：「這是我幼少時最喜歡吃的家鄉菜，母親還沒有忘。27年前，在重慶離開母親到空軍幼校去報到的那一天，她為我燒的，也是我終身難忘的，就是紅燒鴨」。就這樣，母子重續因戰亂被迫中斷的天倫之樂。且更幸運的是，南京馬前村村民雖知道張立義是「蔣匪」飛行員，但仍細心呵護這位歸鄉的遊子。
1975年6月，張立義被解放軍空軍總部調至南京鋼套廠工作，結束農村的勞動改造教育。1981年2月，張立義又被轉至南京航空學院實習工廠，擔任教學組副組長，不久後還因表現優異而升任工程師，待遇大幅提升。緊接著1982年8月，《人民日報》忽然報導張立義與另名遭俘的U-2飛行員葉常棣尚在人世的消息，大陸批准張立義與葉常棣可經香港返臺，並提供他們在香港居留期間的生活費。
然而，臺灣堅決阻止張立義與葉常棣返臺，甚至連拒絕的理由也不給，令張、葉灰心不已。最後在已轉任華航機長的前「黑貓中隊」隊長楊世駒的奔走下，才聯繫上曾主管U-2計劃的美方人員，最後由美國中情局暗中將兩人帶往美國生活，並給予優厚的生活費與職業教育。直至1990年後才被允許返臺。