高志航帶領一批飛行員前往蘭州接機，他在飛機上宣讀了蔣介石對自己的任命。李桂東提醒高志航，毛邦初建議他兼任四大隊隊長，是想借日本人的手除掉他，還說了他三個必死的理由。1937年11月21日，高志航率領首批十三架雅克戰機已經從蘭州抵達河南周家口，日本的木更津航空隊也悄悄到了北平，他們的目標就是摧毀地面飛機，因此飛機在地面停留的每分鐘都很危險，高志航打電話給毛邦初要求直飛南京，毛邦初以氣候惡劣讓他原地待命。
毛邦初的小姨子李海雲，把高志航在周家口待命的消息偷偷告訴了陳冠廷，陳冠廷把情報報告給了山本，山本隨後將陳冠廷殺掉滅口，並把消息傳給了北平的木更津航空隊。善次郎立刻帶領機群飛往周家口，高志航迅速下令迎戰，可為時已晚，敵機開始俯衝投彈，機場頓時化作一片火海。高志航終於衝上自己的戰機，正當他將機頭昂起的一剎那，一顆炸彈落下，飛機在半空中四分五裂，高志航壯烈犧牲。
1937年高志航犧牲後，國民政府追授高志航少將軍銜，在漢口為高志航舉行了追悼會。周恩來代表中共中央親自參加了追悼會，稱讚高志航「是中華民族的英雄，為抗日犧牲的，為民族犧牲的」，張學良為其題詞「東北飛鷹，空軍戰魂」。