1937年7月7日，日本帝國主義悍然製造了「盧溝橋事變」，把局部侵華戰爭擴大成為全面侵華戰爭。一時間，血雨腥風，從盧溝橋畔迅速漫向江南大地。全中國都籠罩在戰爭的陰雲之中。
風雲突起，以寡敵眾
1937年8月9日，日本海軍上海特別陸戰隊西部派遣隊中尉隊長大山勇夫及一名士兵駕車高速闖入上海虹橋機場尋釁。守衛機場的中國保安隊官兵在勸阻無效後，將兩人擊斃。日軍以此為藉口，向中國政府提出種種無理要求，遭到拒絕。於是，日本海軍陸戰隊於8月13日晨突然向駐守上海閘北的中國守軍發起進攻，淞滬大戰由此揭開帷幕。
日軍侵華的主要工具是它的陸、海軍部隊，這些部隊雖然人數不算多，但訓練有素，裝備精良。特別是日軍的陸軍航空隊和海軍航空隊更是一馬當先，充當日軍侵華的急先鋒。
當時，日軍陸軍航空隊共有戰鬥機中隊20個，偵察機中隊15個，輕轟炸機中隊6個，重轟炸機中隊8個，轟炸機、偵察機混合中隊3個，共裝備飛機900餘架。此外，日軍海軍航空隊還擁有數十個航空隊，裝備陸基飛機629架，艦載機182架。
那麼，與日軍陸、海軍航空隊對陣的中國空軍又是什麼狀況呢？
1928年，國民黨政府開始設立航空署，下轄4個航空隊，共24架飛機。1931年在杭州筧橋創辦中央航空學校。爾後逐步收編各省軍閥的航空部隊，建立了統一的空軍。到抗戰初期，中國空軍仍處於初建階段，國內的航空工業也剛剛起步。中國空軍裝備的幾百架飛機大多是從美國、義大利、德國、英國、法國等國購進的，即使是國產機，也有不少部件依賴進口。當時世界各國飛機製造業發展迅速，一種新型飛機問世後不久就被另一種更新的飛機取代了。經費十分有限的中國空軍無論如何也是跟不上潮流的。最後，身任航空委員會秘書長的宋美齡出了個主意：把購買飛機的經費存入香港的銀行生息，等將來需要時再取款購機。然而，仗真的打起來後，情況卻並不像宋美齡想像的那麼簡單。日軍發動全面侵華戰爭後，首先派出飛機、艦艇封鎖了中國領海，切斷了中國空軍從國外進口飛機的途徑。這樣，中國空軍就難以補充飛機和其他航空器材了。
「8·14」拉開空戰序幕
8月14日晨，中國空軍各部隊奉命出擊，拉開了華東大空戰的序幕。
3時30分，第5大隊第24中隊中隊長劉粹剛首先率領9架「霍克-3」式驅逐機從揚州起飛，沿著長江向東搜索。當飛到川沙縣白龍港附近時，發現日艦1艘，中國飛機立即發起攻擊。第1枚炸彈炸偏後，副中隊長梁鴻雲又投下了第2枚炸彈，擊中日艦尾部，日艦立刻騰起滾滾濃煙。
14時40分，第2大隊的21架轟炸機經補充彈藥後再次從廣德出動，分兩批轟炸了公大紗廠、匯山碼頭及四川北路的日軍上海特別陸戰隊司令部，多次擊中目標。
聽到日軍艦艇和部隊連連遭到攻擊的消息，日本海軍第3艦隊司令長官長谷川清中將惱羞成怒，急令駐紮在台北的鹿屋航空隊立即出擊，以圖報復。
14時50分，鹿屋航空隊組成由淺野楠太郎少佐指揮的廣德空襲隊和新田慎一少佐指揮的杭州空襲隊，各有9架九六式陸上攻擊機。這18架飛機從台北平飛後，越過台灣海峽，飛過溫州，在永康上空分手，各自飛往預定目標。
此時，大隊長高志航已從南京趕到了筧橋。他剛剛接到海上情報站的通報：雲上有隆隆的飛機聲，來自台灣方向，似向杭州飛來。
機場上響起了空襲警報。高志航又以布板信號指示兩個中隊，留在空中攔截日機。
與此同時，一中隊長李桂丹率領兩架僚機在另一個空域也發現了日機，這是1架塗滿棕黃墨綠迷彩的雙發動機雙尾翼的九六式轟炸機。李桂丹與兩個僚機相互配合，居高臨下，輪番發起攻擊。日機也不甘示弱，后座機槍手拚命還擊，但終敵不過我方3架戰機的猛烈火力，不一會兒即中彈墜毀。
錢塘江畔上空，留在空中巡邏的兩個中隊，也在追殲逃敵，幾陣槍聲過後，3架日機拖著濃煙墜地。離首開紀錄不到5分鐘，又一架九六式轟炸機被高志航擊落。
「8·14」空戰，中國空軍以6比0的戰績，首戰告捷，戳穿了日本航空兵不可戰勝的神話，大大增強了中國軍民抗戰的必勝信心。為了慶賀這一空前的勝利，後來國民政府把8月14日定為「空軍節」。
爭奪制空權
「8·14」空戰後，日本海軍不甘心在杭州上空的慘敗，於次日對中國空軍展開大規模的報復。7時20分，鹿屋航空隊攻擊機14架從台北出發，一路殺向南昌機場。
高志航率第4大隊的勇士們從筧橋機場起飛，迎戰從「加賀」號航母上飛來的敵艦載機群。
這天，筧橋上空黑雲滾滾，雲高只有500米。日軍轟炸機從雲下飛來。高志航發現日機，猛撲過去，一舉將日領隊長機擊落。爾後，他又咬住1架日機，決定迫其降落，活捉飛賊。他機警地逼近日機後方，與日機幾乎平行飛行。他打著手勢，命令敵飛行員迫降投降。兇惡的敵人不肯就範，突然拔出手槍向高志航射去，子彈打傷了高志航的右臂。他強忍著傷痛，瞄準敵機，機槍噴出復仇的火舌，將這架日機打得凌空開花。
在另一空域，李桂丹在雲下低飛巡邏索敵，發現3架日機向東逃去。他猛拉機頭，加快速度追了上去。500公尺，400公尺，300公尺……瞄準具套准日長機，李桂丹緊扣扳機，4挺機槍齊發，敵機中彈，墜向江口。另兩架日機見勢不妙，如驚弓之鳥，加速逃跑。李桂丹窮追不放，又是一陣猛打，日機凌空爆炸。
21架霍克戰鷹，載著勝利的果實，陸續返航著陸。李桂丹剛一停機，高志航不顧手臂傷痛，快步迎上前去。四隻大手緊緊地握在一起，兩人的眼角里掛著淚花。
經統計，這一仗，第4大隊共擊落日機13架，其中駕駛2204號戰機的樂以琴分隊長一人就擊落日機4架。從此以後，日軍飛行員一見到中國2204號戰機就主動避開，不敢交戰。
8月16日，華東地區的颱風逐漸消退，這使得日本航空母艦上的艦載戰鬥機可以大批參戰。這時，中國空軍飛機數少質劣的弊端顯現了出來，在前兩天空戰中獲得的優勢地位逐漸失去。
但中國空軍的勇士們毫不畏懼，繼續勇敢出擊。蔣介石也下令徵集20名敢死飛行員，襲擊日航空母艦，並宣布凡炸沉一艘可得賞金20萬元，並授勳章。
8月17日，為配合地面部隊作戰，中國空軍第5大隊第25中隊副隊長董明德帶領霍克驅逐機8架從揚州出發，攻擊上海日軍陸戰隊司令部。中國飛機把復仇的炸彈傾瀉在日軍陣地上，炸得鬼子血肉橫飛。作戰中，飛行員閻海文駕駛的2510號戰機不幸被日軍高射炮擊中，失去控制後向地面墜去。閻海文被迫跳傘降落，因風向不順，他被吹到日軍的陣地上。大批的日軍沖了過來，將他團團圍住，狂叫著要他繳械投降。然而，閻海文面對敵寇，毫無懼色，從容地拔出自衛手槍，擊斃了5名沖在最前面的敵兵，然後大笑著把最後一顆子彈射進了自己的頭部。閻海文在出發前曾說： 「我是一個流亡者，我要打回老家去，要為東北3000萬同胞復仇！」他以實際行動實現了自己的誓言。
進入9月，由於日軍地面進攻進展順利，日軍先後在上海公大、王濱等地搶修了前進機場。而中國空軍經前一階段作戰，損失了大量飛機，且難以補充，形勢越來越不利，中國飛機已無法在白天出擊，只能進行夜襲和擔任南京城及各機場的防空任務。
中蘇勇士共守南京城
1937年9月18日是中秋節，也是「九一八」事變6周年紀念日。為了向日本侵略者復仇，中國空軍幾乎調動了所有能夠出動的作戰飛機，向淞滬地區的日軍發起狠命的攻擊，使日軍遭到慘重損失。
9月19日，惱羞成怒的日本海軍航空隊發起兇狠的報復，當天就空襲南京兩次。
10月12日午後，日軍9架轟炸機在6架戰鬥機掩護下，再犯南京。中國空軍5架「霍克」式、2架「波音」式驅逐機和1架「菲亞特」式轟炸機升空迎敵。劉粹剛咬住了1架日機正準備攻擊時，另一架日機狡猾地從旁邊逼過來，企圖偷襲，情況十分危急。劉粹剛急中生智，憑著過硬的飛行技術和超人的膽略，猛轉機頭，朝前來偷襲的日機射出一串子彈。日機頓時凌空開花。戰後，劉粹剛因作戰勇敢，被譽為「中國的紅武士」。
在10月份，中國空軍共發動空襲110次，空戰15次，擊落日機7架，擊中敵艦3艘，自己損失飛機25架。
11月5日，日本陸軍第10軍主力在杭州灣北岸進行大規模登陸。為了保證此次行動成功，日本陸軍派出了偵察機獨立第6中隊配屬給第10軍指揮，海軍則動用了第1、第2、第3航空戰隊和第1、第2聯合航空隊共233架各類飛機予以全力支援。
儘管此時中國空軍已處於絕對劣勢，但中國空軍的勇士們仍頑強地出擊。11月11日清晨6時許，中國空軍享有「鐵雨大隊」之美譽的第2大隊3架「諾斯羅普」式轟炸機，在第11中隊副中隊長徐卓元的率領下，迎著習習的晨風起飛了。「鐵雨大隊」此行的目的是搜尋和襲擊游弋在東海海域的日本海軍的航空母艦「龍驤」號及其他日軍艦船。
「龍驤」號是日本侵華海軍第3艦隊的主力艦之一。該艦水線長175米，寬20米，排水量8000噸，能搭載戰鬥機、攻擊機、轟炸機共48架。它於1933年5月9日竣工於橫須賀工廠，是當時日本海軍擁有的4艘航空母艦中較新的1艘。
1937年上海「八·一三」事變爆發後，「龍驤」號上的飛機多次起飛，轟炸華東地區的城市和居民點，犯下了滔天罪行。
由徐卓元率領的「鐵雨大隊」轟炸機群在遼闊的東海上空仔細地搜索著目標。不久，他們在茫茫的海面上發現了敵艦。
隨著徐卓元一聲令下，轟炸機群一起俯衝下去，成噸的炸彈傾瀉而下。霎時，巨大的爆炸聲震破了沉寂的海面，幾十條水柱沖天而起。"龍驤"號上的飛機，除一部分緊急起飛逃離外，剩下的不是被焚毀，便是被震落到海中。這艘龐大的怪物雖然未葬身於海底，但也已是彈痕累累。
中國空軍的出擊大獲成功。不幸的是，3架轟炸機在返航時與日本戰鬥機群不期而遇，結果2架被擊落，另1架也身受重傷。
11月21日，是中國空軍又一個不幸的日子，這一天，第4大隊大隊長高志航不幸遇難。
當時，高志航正率領第4大隊駕駛新接收的蘇制驅逐機從蘭州飛至河南周家口機場待命，日本海軍木更津航空隊10架九六式攻擊機突然出現在周家口上空，並隨即發動攻擊。高志航聽到警報後，迅速奔向機場躍入機艙，起動發動機，準備起飛。就在這時，1枚炸彈落下，正好在高志航的座機旁爆炸，罪惡的彈片射入高志航的高大身軀，高志航壯烈犧牲。疆耗傳來，人們無不為之痛惜。他的殉難是中國空軍的一大損失，人民將永遠懷念這位「空中英雄」。
空戰仍在殘酷、緊張地進行。到11月底，中國空軍可作戰的飛機已不足30架，幾乎到了山窮水盡的地步。就在這危急關頭，社會主義的蘇聯向中國伸出了援助之手。
12月1日上午，普羅科菲耶夫率領的蘇聯戰鬥機大隊的23架N-16式戰鬥機首先到達南京。當天下午，基達林斯基大尉率領的20架CE式轟炸機也在南京降落。兩個蘇聯志願航空大隊的到來，增強了南京的防空實力，有效地遏制了日軍航空兵的囂張氣焰。就在這一天，蘇聯戰鬥機5次升空，迎擊前來轟炸南京的日機，一舉擊落日機3架。此後，中蘇兩國空軍聯手作戰，頻頻出擊，給日軍以重大殺傷。
12月3日，日本陸軍獨立飛行第10中隊的12架戰鬥機、獨立第11中隊的10架輕轟炸機和海軍第13航空隊的9架戰鬥機、6架轟炸機聯合突襲南京。中國空軍第21中隊中隊長董明德、副中隊長樂以琴駕機同蘇聯志願航空隊一起升空攔截日機。這是一場敵我力量對比十分懸殊的空戰。樂以琴的戰機起飛不久，就被多架日機團團圍住。但他以極為漂亮的飛行動作甩開了日機的包圍，致使2架日機相撞。然後，他前飛後翻，讓日機的攻擊一次次平空。但由於日機太多，最後，樂以琴的戰機不幸中彈負傷，冒出了濃煙。樂以琴無法控制飛機，被迫跳傘。為了不給敵機當活靶打，他暫時未開傘，讓身體直線下落。可待他想要開傘時，已來不及了。這位年僅22歲的空軍英雄，為捍為祖國的領空獻出了寶貴的生命。
在11～12月上旬的南京保衛戰中，中、蘇飛行員共擊落日機20架，並對侵犯南京的日軍實施了多次襲擊，但終因敵我力量懸殊，在日軍進入南京前夕，奉命撤向內地機場。至此，空前激烈的華東大空戰落下了帷幕。