抗戰初期，中國陸軍還沒有專門的戰術航空兵，對陸軍進行戰術支援的任務就落在了中國空軍身上。
從1937年8月開始，中國的空軍在華東戰場與陸軍協同作戰，竭盡所能的與日軍爭奪制空權，對陸軍進行支援。雖然我空軍並不是日軍的對手，但他們的努力及功績是不可忽略的。
總的來說，日本陸海軍航空兵在飛機性能和數量上都要優於中國空軍，這是不爭的事實。侵華日軍陸軍和海軍航空兵裝備的是先進的九0式、九五式戰鬥機，中國空軍裝備的，則是落後的霍克II、霍克III、菲亞特CR-32等戰鬥機，無論在速度、火力還是在續航能力上都要明顯弱於日本。
1937年7月，中國空軍能夠升空作戰的飛機只有91架，而日本僅海軍航空兵裝備的戰鬥機的數量就超過了六百架。
抗戰爆發時，中國空軍飛行員主要以杭州覽橋中央航校畢業生為骨幹。中央航校聘請了美籍、義大利籍飛行員作為教官，逐步建立起了一套飛行員選拔與培訓機制，招收的學生標準極高。1934年招生時，報名者有900人，最終只錄取了20人，可見標準之嚴格。
入校之後，學員們首先要學習理論知識，之後航校會根據學員的技術及反應敏捷度，將學員們依次分為驅逐組、轟炸組和偵察組，並分別進行訓練，訓練下中技術不合格的學員則會被取消飛行資格，改為地勤工作。1936年，航校每百名學員中，只有48能順利畢業，淘汰率達52% 。
嚴格的訓練，使得中央航校為中國培養出了一批優秀的飛行員。如在抗戰初期擊落過三架以上日機的高志航、樂以琴、董慶祥、袁葆康、範金涵、劉粹剛，都是其中的佼佼者。1937年8月14日，日本海軍航空兵鹿屋航空隊企圖空襲杭州覽橋機場，學員高志航隨同第四大隊駕機升空，並擊落三架日機，取得了對日空戰的第一次勝利。
總體來說，日本飛行員的素質要高於中國飛行員，但日本為了應對來自蘇聯等國的威脅，不可能把所有的飛機都派往中國。在抗戰初期，日本用於侵華的航空部隊總體數量並不是很多，加上當時很多機場都在中國人手上，所以日機大多只能靠航母或者臺灣的基地起飛作戰，飛機數量並不多，優勢很難體現。這就為中國飛行員戰勝日本空軍奠定了基礎。
抗戰全面爆發後，日本空軍的主要目的是摧毀我國空軍制空權並協助其陸軍作戰，破壞我軍運輸線路，破壞我國軍事政治經濟及工業中心，利用轟炸動搖我國國民鬥志。日本空軍進攻的重點是中國的軍事工業與經濟中心、政治與文化中心，比如南京、上海、北平天津等地。
雖然中國空軍相比日本處於明顯的劣勢，但是中國空軍在開戰初期可以集中力量，主動出擊，短時間內獲取作戰區域上空的制空權。所以，國民政府航空委員會於1937年8月13日下達了《空軍作戰命令第一號》，將空軍主力調至覽橋、廣德、曹娥等長江流域機場，集中力量攻擊上海日軍機場、東海上的日軍航母及其它地區的日本航空兵基地。
由於抗戰初期的淞滬會戰中，日本在上海附近並沒有可以使用的陸上機場，因此日本向上海派出了以龍翔號、鳳翔號和加賀號三艘航空母艦組成的兩個艦隊，三艘航母上共有戰鬥機33架、轟炸機攻擊機51架。
1937年8月14日和15日，中國空軍派出第2大隊、第5大隊、獨立第34中隊、獨立第35中隊等分別對上海日軍的地面目標公大紗廠、日本海軍陸戰隊司令部及海面上的日軍戰艦等目標進行了連續的空中打擊，並對轟炸杭州覽橋和安徽廣德兩處中國目標後返航的日本鹿屋航空隊的九六式轟炸機進行攔截，取得了最後的勝利。「八一四」空戰，中國擊落日本轟炸機六架，自己全身而退，取得了「6比0"的大勝。
8月16日起，吃在輕敵大虧的日本將海軍的戰鬥機也投入戰場，與中國空軍爭奪制空權。不過由於某當時華東地區沒有日本海軍航空兵的陸上機場，從航空母艦上起飛的戰鬥機很難深入中國內地，因此雙方呈現膠著之勢。
8月16日，中國空軍第6大隊的8架道格拉斯式轟炸機遭到日軍戰機攔截，一架中國飛機被擊落；8月22日，中國空軍第4大隊、第5大隊出動18架戰鬥機攻擊日軍，日本航母上的戰鬥機迅速起飛攔截，中國空軍4架戰鬥機被擊落。9月3日，中國空軍第4大隊與日本戰鬥機遭遇，中國空軍雖然被日軍戰機擊落1架飛機，但中國空軍也擊落了1架升空攔截的日本戰機。
看到遲遲不能掌握制空權，日本終於將他們的王牌戰鬥機——九六式艦載戰鬥機投入戰場。九六式艦載戰鬥機無論是速度、爬上高度、靈活度還是火力都遠超中國空軍的戰機。短短一個月內，中國飛機被擊落43架，僅擊落日機7架。從此，日本航空兵的轟炸機可以隨意轟炸中國東南沿海的任意地點，中國空軍制空權逐漸喪失，甚至連首都南京的防空都無法完成。
1937年9月10日，日本海軍第2聯合航空隊進駐上海公大機場，日本陸軍第3飛行團也進駐王濱機場，中國空軍己經處於絕對劣勢。不過，我英勇的空軍還是在這一年與日軍交戰70餘次，擊落敵機91架，炸毀敵艦4艘，炸傷敵艦22艘，一定程度上減緩了日軍登陸的速度，支援了地面作戰。
客觀說，在當時的條件下，中國空軍已經竭盡所能。在日本陸軍從杭州登陸的時候，中國空軍對登陸日軍進行火力壓制，為陸軍贏得了時間，並成功牽制了日本海軍航空兵，大大降低了中國陸軍的損失。之後由於實力的原因，中國空軍喪失了制空權，逐漸處於被動的地位，這是當時的國力造成的，並不是中國空軍戰術方面的原因。
儘管存在著諸多劣勢，可是中國空軍的英雄們還是義無反顧投身到了抗日戰爭中。中國空軍在十四年抗戰中以陣亡、失蹤3533人的代價，斃傷日寇2765人，擊毀日寇各式作戰飛機2148架。僅中央航校在抗戰中，便有1700名畢業生犧牲在抗日戰場上，犧牲平均年齡不足23歲。
1942年，隨著大批美式轟炸機和殲擊機到達中國，以及新一批空軍飛行員在美國受訓完畢，中國空軍重上藍天，逐步奪回了制空權。在1943年的鄂西會戰中，中國空軍共出動飛機53、406架次，擊落日機31架，炸毀6架，炸沉炸傷敵艦船23艘，斃傷敵軍官兵390多人，取得了輝煌的勝利。
抗戰八年中，中國空軍共擊落擊毀敵機1226架，擊傷炸傷敵機230架，炸毀炸傷敵坦克車輛8546輛；中國空軍損失各種飛機2468架，6164人殉國。中國空軍的勇士們用自己的生命和鮮血抵抗日軍侵略，保家衛國，書寫了可歌可泣的光輝篇章。我們應該永遠記住他們。