AVG 的 HAWK-81A-2
就在美国志愿队成立前后，远东局势更加紧张。1941 年 7 月下旬，日本与法国维希政权达成协议，取得在越南的八个机场与一个海军基地的使用权，使它在东南亚的扩张取得重大进展。11 月日本将 245 架战斗机放在越南南部，大有进攻云南的意向。有鉴于此，蒋介石一方面要求驻新加坡的英空军支援，另一方面希望美志愿队回防昆明。正在这时太平洋战争爆发，日军在缅甸蠢蠢欲动，英军也要求美志愿队防守仰光。结果这支小小的航空部队就被分成两部分作战，两个中队（约 34 架作战飞机）飞赴昆明，另有一个中队防守仰光。
在昆明方面，从 1940 年 6 月起，“除星期天外，昆明差不多每天上午 10 点要被轰炸一次”，而且由于中国已失去空中作战能力，日本轰炸机的行动从不需要战斗机护航。然而从美志愿队 12 月 19 日移驻昆明起，情况开始发生变化。第二天是美志愿队首次与日机作战的日子，这一天日轰炸机 10 架按例进袭昆明，但得到情况的美志愿队早已升空等待，结果日机不但未能袭击昆明，反而全部被击毁〔13〕。美志愿队的首次大捷，在心理上给备受空袭的昆明人民以极大的鼓舞，“捷报传来，莫不额手称快”〔14〕。五天之后，日机再次袭击，结果再受重创。之后日本人开始明白昆明上空的形势，有一年时间未能空袭昆明。
在缅甸方面驻防的是戴维·奥尔森率领的美志愿队第三中队，该队在战略上受英军指挥，战术上仍受陈纳德节制。该队不但力量薄弱，而且没有像在昆明的空军那样拥有系统完备的防空情报网。尽管这样，该队在 12 月 23 日与日空军的首次接触中，作战仍然十分英勇，取得击落敌机七架、击伤二架的成绩，自己则损失三架飞机二名飞行员。后来随着日军在缅甸攻势的加强，空战也日趋激烈，该中队飞机数量下降，所以陈纳德又派 17 架 P-40 机前往支援。到 1942 年 3 月底整个仰光保卫战结束后，该队共参加 31 次空战，先后击毁敌机 217 架，可能击伤 43 架，付出的代价是四名飞行员及 14 架 P-40 机。仰光后虽失陷，但美志愿队的贡献仍不可磨灭。英王乔治六世曾以代表英国最高荣誉的十字勋章授予在仰光作战的美志愿队成员〔15〕；陈纳德本人则认为美志愿队的英名都是因为它在仰光上空的作战而得来的〔16〕。
仰光失陷后，美志愿队驻缅中队也迁到昆明进行休整。此后与中国空军一起不断对缅境进行奇袭和攻击，但是由于规模太小，日军并未重视〔17〕。1942 年 5 月，由于缅甸战局恶化，日军北进取得突破进展，中英地面部队则多分为小股撤至印度及云南边境。阻挡日军跨过怒江进攻云南的任务就落在美国志愿队肩上。5 月 2 日日军 56 师团占领缅中边境的南坎，5 日主力又进入怒江一线，因为怒江上的惠通桥已被毁，日军只得停止前进。鉴于局势异常严峻，蒋介石通过宋美龄要求美志愿队“倾全力袭击怒江与龙陵间的卡车船艇等”。此时的志愿队经过前一段时间的休整，特别是刚从非洲运到的 P-40E 型机经改造后，彻底改变了美志愿队以前不能向敌人投掷炸弹的状况，具有一定能力来执行这一任务。从 5 月 7 日起，连续 5 天，美国志愿队在陈纳德指挥下克服了雨季前的困难，将一切可以使用的武器，甚至自制炸弹用来扫射、轰炸怒江对岸日军先头部队、贮存军用物资的村庄、交通要道、桥梁及船舶等。这些努力加上日军供应战线太长和雨季的来临，使日军最后没有能跨过怒江，从而缓解了昆明面临的危机。在这一阶段，日空军为了支持地面部队，曾将第 50 与第 8 两个战队派至腊戍机场，多次对昆明、云南车站以及大理进行袭击，但它自己也承认“由于敌机的巧妙而又顽强的反击，我方也蒙受了不少的损失”〔18〕。
随着雨季的到来，缅甸作战也告一段落。美志愿队在中缅越一带完成了 100 多次作战任务，击毁敌机 260 架，有效地保卫昆明一带的空防，阻止日军越过怒江之后，开始将主力分别向重庆及以衡阳、桂林、零陵为基地的中国东南部转移。当这支部队之一部在 6 月 5 日飞抵重庆时，饱受日机空袭之苦的山城人民心情非常激动。美国人格兰姆·贝克对此有这样一段描述：“地面上的人们拥挤在房屋内阳台上、庭院中和街道上，使这些地方变成一片蓝色。人们挥舞着帽子、衣服、旗帜，把小孩举过头顶。……在这半小时中，50 万重庆人发出的激动人心的欢呼声响彻山城，这是重庆人第一次看见属于自己方面的机群。”〔19〕不过由于华中战事紧张，美志愿队的主力主要多放在衡阳等基地。
正当美国志愿队开始在华南、华中一带作战时，部队本身也进行了成立以来的第一次重大调整。其时一方面由于合同已满，有若干队员开始陆续离去；另一方面由于美国早已正式对日作战，认为志愿队形式已无必要，加以中国政府及中美舆论界一直要求、呼吁美国加强空军援华。美国方面便在征得中国方面的同意后，于 6 月 27 日宣布解散美国志愿队的命令，并于 7 月 4 日正式执行。陈纳德本人及许多队员虽不很乐意，但最后还是接受了改编。改编后的前志愿队成员与新调到中国作战的美国空军正式组成美国空军驻华特遣队，陈纳德准将任司令。该队下属 23 战斗机大队、16 战斗机中队及 11 轰炸机中队，力量均较其前身美国志愿队有所加强。这一改组得到了中国各党派及舆论界的普遍支持。
美国志愿队虽然解散了，但它对中国抗日战争立下的功绩并不因此而消失。这不但表现在它在短短的 11 个月中以少胜多击毁 300 架敌机，还表现在它的战斗使中国空军度过了一个最黑暗的时期，从而大大提高、鼓舞了中国人民的斗志。也正因为这样，中国共产党在国统区办的《新华日报》在一短评中，称赞美志愿队“充分表现出美国空军杀敌果敢的精神和熟练的技术”。〔20〕国民党政府则因美志愿队“作战英勇、卓著功绩”，给志愿队队员授勋〔21〕。最后，需要强调指出的是，新成立的美国空军驻华特遣队中的战斗核心还是留下来的老队员。例如，前美志愿队员罗伯特·L·史各特、弗兰克·希尔、爱德华·佩克特等，现在都分别担任中队长以上的职务。