1939年初，中国空军拥有飞机不到100架，无法与保持约700架飞机的侵华日军航空兵相抗衡。在这一年里，虽然中国空军补充了200架新机，苏联空军志愿队新机队来华参战，但始终是在困境中坚持抗战。1940年夏，日军集结陆海军航空队297架飞机，联合发动代号为“一百零一号作战”的空袭作战，对以重庆、成都为中心的中国大城市和空军基地进行持续轰炸，给中国后方造成巨大损害。同年9月，日军使用了新研制的零式驱逐机以后，空中战场的形势更加严峻。1940年底，中国空军仅存飞机65架。1941年6月22日，苏德战争爆发，苏联飞行员陆续回国后，中国空中战场的作战更加艰难。
三、美国志愿队与中国空军并肩作战
日本发动侵华战争后。美国对日本多年奉行绥靖政策。中国抗日战争进入相持阶段，美国一面向中国提供援助，一面向日本大量出口战略物资。随着日本对中国军事侵略和经济掠夺的加剧，使它与美国的矛盾日益加深。美国为了自己的战时利益和长远的战略目标，在太平洋战争爆发前后，采取了从经济、政治上支持中国，联合中国，共同抗日的政策。
1941年初，中国空军从苏联购买轰炸机100架、驱逐机148架，但苏制驱逐机性能仍远逊于日军的零式驱逐机，所以很少主动出击。4月，中国成立空军总指挥部，负责作战训练工作，5月又在昆明设立第5路司令部。罗斯福总统签署“租借法案”及允许美国预备役军官和从陆海军航空队退役的人员参加美国志愿航空队到中国对日作战的命令后，6月间中国从美国购买到P—40驱逐机100架。7月，由美国陆军航空队退役军官陈纳德组建的美国志愿队（即“飞虎队”），首批队员从美国启程，经澳大利亚、新加坡抵达缅甸。他们是由110名飞行员和150名机械师、医生等地勤人员组成的。8月1日，正式成立了中国空军美国志愿队，下辖3个驱逐机中队，在缅甸的东瓜（同古）开始了训练。1941年12月20日，10架日本三菱轰炸机袭击昆明。这时，美国志愿队已完成训练，第1、第2中队起飞24架P—40型飞机迎击日机，将其击落6架，首战告捷。美国志愿队仅有100架美制P—40型驱逐机和少量轰炸机，但他们主动出击，机动灵活地作战，打破了1940年秋季以来日军航空兵独霸中国空域的局面。1942年7月，美国志愿队纳入现役，改称美国驻华空军特遣队；1943年3月，再次扩编为美国第14航空队，装备了一批新式驱逐机并组建了一支B—24型重轰炸机队。据统计，从1941年12月至1943年6月，美国志愿队共出击102次计512架次，击落日机193架，击毁日机75架、卡车112辆、仓库15座。＇《中国空军美国志愿大队战史纪要》，中国第二历史档案馆馆藏，787～16908。＇
同一时期，中国空军在美国援助下得到新的发展。至1941年底，作战部队为7个大队（第11、第12大队和1个独立中队因全训未计入在内），共有各型飞机364架。P—40型新机10O 架，拨交美志愿队使用。1942年3月开始，从美国购买的新机陆续到达，中国空军各部队抽派人员分批赴美国和印度受训及接收新机；7月以后，训练完成，相继飞返国内，到1942年底为止，共接收美制B—29型轰炸机19架、P—40型驱逐机27架、P—43型驱逐机41架、P—66型驱逐机82架；作战部队仍为7个大队、1个侦察中队及1个美国志愿大队，备型飞机总共337架。
日本于1941年12月8日发动太平洋战争后，战线拉长，将驻留在中国的飞机大批调往越南、泰国及缅甸一带，以应西南太平洋方面作地的需要。
1942年全年在中国的飞机平均仅有270架，最多时为370架，其中主要是陆军航空队飞机。因此，日军航空队对中国的作战，也由原先的政略轰炸为主、战略轰炸为辅，改为以战略轰炸为主、政略轰炸为辅；轰炸范围集中于湘、桂、浙、赣及滇西等地；轰炸目际主要为军事设施。
由于日军航空队改变了作战策略，减少了空袭和空战，中国空军的主要任务转为支援陆军作战。1941年12月，日军发动了第三次长沙作战。中国空军为支援陆军守卫长沙，于1942年1月8日从成都起飞9架苏制轰炸机，至长沙以北长乐街轰炸，切断敌军退路。在返航时遭8架日机攻击，中国轰炸机编队边战边退，激战20分钟，以损失两架的代价，击落日机1架，击伤两架，创下了以轰炸机击落驱逐机的先例。在5月的滇西战役中，为防止日军强渡怒江，确保云南的安全，从5月7日起，中国空军连续出动20多次，轰炸扫射滇缅边境地区的腊戍、芒市、惠通桥、龙陵等地日军。美国志愿队也派出8架P—40型飞机，携带570磅炸弹，连续3天轰炸扫射怒江峡谷和狭窄山道上的日军，使其无法架桥而退回龙陵。此后两年中，中日双方长期在怒江对峙，日军始终未能越过怒江天险。为配合美、英盟军，钳制日军在东南亚的活动，中国空军和美国志愿队并肩作战，于1942年1月28日和24日两次飞赴越南，轰炸日军机场。中国空军当局获悉，日军为加紧攻占南洋，以越南的嘉林机场为主要基地，集结陆海军航空队飞机共450架，遂决定以中国空军第1、第2大队轰炸机18架，以美国志愿队P—40型机9架担任掩护，对该基地进行袭击。飞抵目标区后，因云雾遮蔽，轰炸成果不详。第2次以同样兵力轰炸该机场，仍有云雾遮蔽，使用计时轰炸法投弹后返航。此次前往越南轰炸日军机场，是中国空军的创举，计时轰炸法亦属首次使用。
在中国空军和美国驻华空军力量加强之际，日军航空兵则呈衰败之势。
1942年5～6月间，美日在珊湖海和中途岛进行两次大海战，日军共损失了5艘航空母舰、385架作战飞机和大批飞行员。＇《简明日本战史》，军事科学出版社，1989年中译本，第182、186页。＇ 其优势已不复存在，制空权和制海权也逐渐丧失。太平洋战场的变化，也对中国空中战场产生了重要影响。同年7～8月间，中美空军联合开辟了飞越驼峰的中印航线，使中国有了一条从西方国家获得战略物资的空中通道。中美空军不断得到补充，空战日趋主动。他们除了担负所驻地区的防主任务外，不断出击汉口、九江、南昌、临川、广州、香港及越南海防等地的日军机场、码头、军舰等。10月24日，美国驻华空军特遣队出动12架B—25轰炸机，在10架P—40驱逐机掩护下，从桂林起飞轰炸香港，日军起飞26架飞机迎战，被击落20架，美方仅损失轰炸机：架。10月27日，中国空军第2大队出动B—29型轰炸机9架，第4大队出动P—40、P—43型驱逐机16架担任掩护，袭击山西运城日军机场，炸毁其跑道、营房多处，并击毁其侦察机1架。以后，又先后轰炸了江汉关及沙市日军机场、码头等处。
1943年1月10日，中国空军第4大队P—40、P—43型驱逐机13架，由四川梁山机场起飞前往湖北荆门，袭击日本陆军航空队第44战队机场，炸毁日机3架及机库、营房等。
四、鄂西会战及空军的有力配合
日军为了改善在中国战场日趋不利的战略态势，1943年2月，日军大本营向中国派遣军下达了《1943年度帝国陆军对华作战指导计划》，规定：大致确保并稳定现已占据地域，粉碎其继续抗战的企图，制止敌之反攻，并扼制敌空军的猖獗活动，尽力防止敌空袭帝国本土。并规定于1943年春季以后的一段时期内，向中国派遣军增加战斗机、重轰炸机各两个战队，目前先从满洲方面抽1个飞行团增强关内航空作战，以协同南方军击破中国内地特别是西南方面的中国空军势力，尤其是在华美空军。＇〔日〕防卫厅防卫研修所战史室：《1942、1943年的中国派遣军》，朝云新闻社，1983年版，第310页。＇
这一作战指导计划表明，在华日军除在地面力图以攻为守，稳住占领区，防止中国的反攻外，在空中战场力图保住即将丧失的主动权，并以防止中美空军迸袭日本本土为重要任务，航空作战实际已由攻势为主向防御为主转变。
1943年4月，日军第11集团军于4月抽调第3、第13、第34、第39、第40、第58等6个师和独立混成第17旅，共约10万人的兵力，分别集结于宜昌、枝江、弥陀寺、藕池口、华容一带地区；并在汉口、荆门等地集中航空兵第90、第45、第55、第16、第25、第23和第44等7个战队，及1个独立中队，共有各型飞机248架，准备协助陆军，向中国第6战区发动新的进攻。日军的战役企图是，在长江南岸发动攻势，打击鄂西中国第6战区主力和中美空军，打通长江上游航线，夺取停泊在宜昌的船舶，占领洞庭湖区谷仓，以挫败中国军队的抗战意志。中国第6战区为抵御日军的进攻，在宜昌西北之石碑至石首以南之南县，沿长江一线及其纵深地区，部署了4个集团军，共计14个军的兵力。以第10集团军固守公安至枝江之线，以江防军固守宜都至石碑要塞，以第75、第77和第59军固守三游洞至转斗湾阵地；并以中国空军第1、第2、第4和第11等4个大队及美国空军第14航空队，共计各型飞机165架（轰炸机44架，驱逐机121架），协助陆军作战。计划先依托既设阵地给进攻之日军以消耗，待日军进至石碑及其以南渔洋关一线时，再以反击将其击败。（见附图5）
日军占领长江北岸的沙市和南岸的石首以后，5月5日，又从藕池口、华容、白螺矶等地向洞庭湖北岸进攻。8日，南县和安乡沦陷，中国守军向洞庭湖南岸撤退。
12日，日军从枝江渡江南下，西进日军亦向新安发起攻击，守军第87军已四面受敌，遂于13日放弃公安。至15日，日军进至宜都以南之刘家场、暖水街南北一线。
19日，日军围攻宜昌和宜都间的中国守军。中国空军第4大队出动8架P—40E、4架P—43型飞机，轰炸湖北枝江洋溪镇附近长江中的日舰。2