而在 12 月 4 日，日本航空队从北平起飞轰炸兰州。其时日本海军 1 联空木更津航空队 11 架三菱 96 陆攻从北京南苑机场起飞，经山西五台、宁夏银川、甘肃靖远一路摸到兰州，被 I-16 战斗机一番攻击后逃走。
G3M2 九六式轰炸机
南征北战，三家店、武汉与芷江的光辉岁月
随着 12 月 12 日南京的陷落，南京附近的中国空军与苏联志愿航空队被迫撤出，转场到南昌附近的三家店机场。三家店机场是当时中国空军最主要的基地，号称“中国最大，亚洲第一”。此后直到 1938 年 8 月 4 日日本出动 2 批计 27 架飞机用一百多枚炸弹破坏了三家店机场，中苏空军被迫撤出为止，三家店一直是中苏空军最主要的基地，而南昌上空也成为中苏与日机主要的空战战场之一。所谓“四大天王”中的“红武士”潮田良平和南乡茂章分别在 1937 年 12 月 22 日和 1938 年 7 月 18 日毙命于南昌上空。自 1938 年 2 月至 8 月的南昌空战，中苏空军出动上百架次，共击落击伤日机 20 余架，自身也付出了不小的伤亡。
武汉，1938 年苏联空军志愿队在汉口飞机场
在以南昌为基地与日军连日厮杀的同时，武汉也已成为中日空战的中心战场。驻防武汉和孝感的中国空军第 3、4、5 航空大队和苏联志愿航空队与日本空军多次接战，1938 年 1 月 18 日面对来袭的 32 架日机，中苏空军一举击落其中 12 架，重创敌军，之后更创造了二.一八，四.一九，五.三一等战果辉煌的空中作战。苏联志愿航空队还首次在中国上空进行了撞击作战。
伊-16 型战斗机飞行员在作战前交代
撞击作战是作风凶悍视死如归的中苏飞行员在弹药耗尽或飞机受伤时屡屡发动的最后一击，中国空军王牌陈瑞钿日后也在武汉上空驾驶“斗士”撞击日机，而苏日哈拉哈欣河战役中苏军更是多次在空中发动撞击作战。日后在太平洋用“神风”吹得美国人闻风丧胆的日本鬼子在中苏勇士面前只有挨撞的份。
斯勃-2 轰炸机在靠外力启动
在五.三一作战中苏联飞行员金飞行员 AA 古宾科在落单、子弹耗尽后，向一架敌机猛冲过去，抱定杀身成仁之志，欲以自己飞旋的螺旋桨去撞击敌机，结果成功地将一架敌机的机翼切断，敌机打着圈子一头栽到地面（这点存疑，有资料称被古撞击的日机迫降汉口机场）。而 AA 古宾科却以高超的技术操纵负伤的飞机安然返回。因成功进行撞击作战并在中国空战中累计击落 7 架敌机，AA 古宾科被苏联政府授予“苏联英雄”的光荣称号。整个武汉空战中苏联志愿航空队和中国空军共击落日机 62 架，击伤 9 架，地面击毁 16 架。
日后因为飞虎队和中日双方举行 “洽降会议”闻名于世的湖南省怀化市市郊的芷江机场，在 1938 年 8 月实际还未完全竣工的情况下，就成为了新近由阿拉木图飞抵中国战场的苏联支援航空队“正义之剑”（Карающий меч 小猫开始被误导，以为这是苏联志愿航空队其中一个大队的名字，查了俄国文章才确认这个就像飞虎队一样，是对整个志愿航空队的爱称）的基地。
伊-153 战斗机挂油箱启动
伊-16 战斗机在苏联志愿航空队中
武汉，1938 年苏联空军志愿队的飞行员们
1938 年 9 月中旬，面对 18 架来犯日机，6 架苏联志愿航空队飞机在芷江人民面前不负众望，以干净利落的 3：0 教训了日本侵略者，送 9 名日本鬼子去见了阎王。自当年 10 月机场竣工后，苏联志愿航空队以芷江为基地参加了武汉、南昌、广州等城的保卫战，多次袭击日本陆、海军的机场、码头和阵地，给日本侵略者以沉重打击。在战斗中 4 名苏联飞行员先后遭到日机突袭，壮烈牺牲，把一腔青春热血抛洒在中国的土地上。
志愿航空队取得巨大战果的原因分析
苏联志愿航空队在中国的土地上创造了巨大的战果，从 38 年至 40 年 5 月间就参加超过 50 次大规模作战，其中 15 次有确切战果，共计击落日机 81 架，炸毁 114 架，炸毁舰艇 14 艘重创 7 艘，炸死炸伤日军超过 400 人。中国空军在崩溃的边缘得此强援，重整旗鼓战力得到了迅速的提升，并最终撑到了形式天翻地覆、世界反法西斯同盟并肩作战的大好形势。
武汉的空战中苏联志愿航空大队之一部
为什么中苏联合空军能取得如此骄人的战绩？我个人认为主要原因是以下几点：
首先，苏联志愿航空队与其他的西方志愿者不同，他们为中国带来一套比较完整的空军体系。实际在中国上空，苏联志愿航空队不是最早的外国志愿者，国府空军作战序列中也曾经短暂地出现过由法国、德国、美国、荷兰志愿者组成的空军第 14 队，但是在 1938 年 3 月即宣告解散；1938 年 6 月，中国驻法大使曾经秘密招募法国籍飞行员组成空军第 41 队，但是在同年 10 月就撤销番号，人员全部解聘。由于西方社会的特点和民族性，美英法等国不乏富有国际主义的有志青年，但是志愿者的组织大都比较松散，散兵游勇难成大气。如一战“拉法耶特飞行队”，二战中美国赴英助战的飞行员。与此不同，苏联的外援军团是国家政治行为而非个人行为，部队组织严密，后勤保障体系也完备的多。因此苏联的外援部队在西班牙，中国，后来的朝鲜战场都有上佳表现。
国府虽然很早就通过外购进行空军建设，但是国内的航空技术水平较低，外购武器的技术保障跟不上，之前的霍克和之后的斗士都或多或少有技术问题无法解决，而苏联援华与此不同，双方签订的合同包括比较完整的支援体系，航空器材，备件还有技术保障样样不缺，大到发动机小到子弹带。别小看这种备件和技术支援的作用，后来中国空军使用“斗士”因为子弹与枪膛和抽壳系统不相配，付出不小的甚至是血的代价。同时苏联援华志愿航空队还在兰州等地建立了专门的航校，引进了与 I-16 配套的 UTI-4 教练机，使得中国空军对苏制 I-16\I-15 有了比较好的了解和掌握，飞行员素质也大有提高。与同期陈纳德在昆明的航校相比，苏联航校的教学更正规效果也更好。其他如最早在中国建立战场预警观察体系等，都极大的帮助了中国空军的建设。