1937 年 12 月初 9 架 I-16 从 Alma-Ata 出发，指挥员是 P. I. Pumpur。后来另外一个指挥员 A. Zalevskii 有时也会驾驶 I-15bis 跟随机群到哈密，指导那些缺乏经验的小伙子们如何降落，他们经常不是屁股着地就是拿大顶。1938 年 2 月 18 日发生在兰州的事故夺去了 F. S. Romanov 中尉的生命。这一路倒是平安无事。把飞机移交给中国后他们乘坐运输机返回 Alma-Ata 去接收新的飞机。D. A. Kudymov 回忆说，在第二次成功的转运后，Pumpur 要求他们继续担当运输队的角色，但后来又网开一面让他们上了战场。
他们由中国飞行员唐、罗和李带路前往上海。由于中俄语言的差异，两国飞行员很难沟通。当时四大队长官是李桂丹，21 中队中队长党民德，副手李亦新。从他们到达的那一刻起就和日本人干上了，12 月初全队和中国部队一起部署到南京。
1937 年 9 月中国就派出第一个飞行员前往兰州接收新飞机。他到得比飞机早的多。按照航空委员会的命令，四大队在 9 月 21 日把全部 Hawk III 移交给五大队，等着接收 I-16。三大队的 7 和 8 中队在 8 月底接到命令去西安改装 I-15。中国计划在兰州换装 I-16，在西安和襄樊换装 I-15。1937 年 11 月 6 日，35 架 I-16 和 4 架 UTI-4 从 Alma-Ata 前往中国，但直到 11 月底只运到了 23 架 I-16。12 月 1 日共有 86 架各型飞机在上海移交给中国政府代表。
四大队的飞行员们训练有素，很快从霍克过渡到了 I-16。11 月下旬第一批中国飞行员已经可以驾驶新飞机飞回南京，但在途中他们迷失了航向，在迫降时有一些飞机损坏。第二批 I-16 由高志航（他是中国空军第一个击落日本 G3M2 轰炸机的人）率领，当时他刚伤愈不久。11 月 21 日在张家口机场加油时，他们遇到了日本飞机的袭击，地面显然有特务在引导，高志航壮烈牺牲。第二天又有 11 架日本轰炸机前来攻击，但被 Kurdyumov 带队驱离并击落了其中的一架。
中国空军在严重的局面（11 月 10 日上海沦陷，13 日南京被攻占，12 月 27 日杭州陷落）下却没有急于训练。中国飞行员在战斗教练机上的正式训练直到 1937 年 12 月 3 日才开始。三个月后 73 名中国飞行员已经准备就绪。此外中国还在许多城市（例如成都、凉山、老河口、绥宁等）开设了飞行学校和航空维修学校。这些学校有苏联顾问直接参与教学。有时战斗部队的飞行员会驾驶新的或者修复的飞机来到航空学校的机场为学员做空战演示。G. Zakharov 和 A. Dushin 曾经在这种场合交流过经验。有些飞行员，比如 D. a. Kudymov 曾在战斗之余特别到兰州指导中国学员。1938 年富有战斗经验的试飞员 A. N. Chernoburov 成为其中一所学校的校长。
也有一些中国飞行员到苏联接受培训。1938 年春天有 200 名中国学员在苏联飞行学校受训。苏联志愿者还记得中国方面负责和他们联络的是常少校，他曾在 Borisoglebsk 飞行学校受训。共产党也在 1937 年冬天派出大批人员学习航空。朱德在八路军中挑选了 43 人到新疆的由盛世才办的航空学校学习。1949 年这些人成为中国人民解放军空军的核心。在抗日战争中装备 I-16 和 I-15 的部队到 1938 年 2--3 月份才和日本人交手。
我们的飞行员一到前线机场就投入战斗。尽管失去了指挥官 V.Kurdyumov，但第一批志愿飞行员们（包括 Veshkin、Demidov、V. P. Zhukotskii、P.Kazachenko、Konev、P. Panin、Panyushkin、I. G. Puntus、S. Remizov、Seleznev）还是于 11 月 21 日开始执行任务。在和 20 架日本飞机的搏杀中，7 架 I-16 在南京上空击落 3 架日机而自己无损失。第二天 G. M. Prokof 小队获得了第一次胜利，在 6 架 I-16 对 6 架 A5M 的战斗中击落了日本飞行员 Miyazaki。11 月 24 日，6 架 A5M 掩护 8 架轰炸机来袭，击毁了 6 架前往拦截的 I-16 中的 3 架。日本人宣称有两架战果，根据国防部档案，当天 N. N. Nezhdanov 中尉阵亡。
12 月 1 日战斗机腾空而起截击接近南京机场的日本轰炸机。当天的战斗共击落击伤 10 架轰炸机和 4 架战斗机。我方损失两架 I-16，飞行员跳伞逃生。一架飞机由于燃油系统故障迫降在水稻田里。中国农民用牛把飞机拉了出来。12 月 2 日苏联飞行员 Bespalov、A. Kovrygin、Samonin、Shubich 等驾驶 5 架战斗机击落 6 架轰炸机，自己无损失。日本人宣称由 8 架横须贺 B4Y 攻击机和 6 架第 13 航空队的 A5M 组成的机群当天击落 7 架 I-16，自己无损失。12 月 3 日志愿者击落 4 架日本飞机。在这期间由 Dun Minde、Khlyastych、Panyukov 和 Kudymov 组成的四机编队击落了 5 架轰炸机，另一飞行员 Zhukotskii 击落两架 A5M。
但是由于没有具备战斗经验的指挥员以及担心敌人的数量优势，A.G. Rytov 说：“他们各自为战，空战中没有主心骨。”根据 D. A. Kudymov 的回忆，日本人时刻不停的攻击目标，每天都有 5--6 批次轰炸机来袭。我们起飞 5--6 架飞机就要对抗敌人 50 架轰炸机和 20--30 架战斗机。
日本人的 96 式战斗机对于苏联飞行员是个新玩艺，他们原来只知道 95 式。持续的战斗令飞行员精疲力竭，损失不断上升。Rytov 在 12 月初飞往南京的那天就牺牲了两人。在 V. Kurdyumov 牺牲后该部队始终没有新的领导。好像是该部队的副队长 Sizov 在当时的困难条件下不愿负责并断然拒绝接管指挥权。该队的一名飞行员声称自己有病不能参战。但医生没发现他有疾病的迹象，大家知道他是胆怯了于是把他送到后方当教练去了。另外一个部队有个飞行员在战斗中临阵脱逃，但后来他克服了恐惧成为一名真正的战士。他掩护并救了 Baranov 的命，而 Baranov 后来在苏芬战争中成为苏联英雄。在轰炸机部队中有人自伤避战。