在抗战刚刚开始之时，中国方面能作战的飞机仅305架，而日本陆军航空兵力为140个中队，海军常备基地航空兵力为65个飞行队，陆海军共有飞机约2700架。
果然，在接下来的日子里，中国空军和日军在上海、武汉、南京、杭州的上空，一场场战斗惊心动魄。处于劣势的中国空军凭借自身的果敢，予敌以重创。在"8·14空战"之后的三个多月中，日军损失飞机230架，飞行员被击毙327人。但是中国空军同样也损失惨重，至当年12月，南京陷落时，中国空军力量几乎损失殆尽。
更为严重的是，中国本来就为数不多的飞行人员多数阵亡，一批空中名将相继陨落。被称为中国空军"四大天王"之首的空军第四大队队长高志航首开击落敌机纪录，此后更是一人击落敌机多架，被日军称为"中国空军最有价值的飞行员、指挥员"。1937年11月12日，高在河南周口机场遭日机扫射，中弹殉国。开战不到半年，中国空军"四大天王"中的另外三位，刘粹刚、乐以琴、李桂丹也悉数阵亡。
就在中国空军陷入绝境之时，苏联志愿航空队于1937年12月来华，与此同时，一批苏制战机也运到中国，中国空军由是绝处逢生。1938年，陆地战场每况愈下，空战亦进行得相当惨烈，侵华日军的战机数量越来越多，而中国战机却越打越少。即便如此，中国空军还是集中有限力量对日军台北、武汉、上海等航空基地进行轰炸，甚至派遣飞机到日本本土进行了"宣传轰炸"，散发了上百万份传单。
自1939年到1941年期间，中国空军迎来了最为艰难的三年。这期间，中国空军几乎无力再进行大规模作战。同时，日本新式战机 "零式"战机投入使用，中国的落后机型面对这种战机时几乎没有还手之力。1941年3月，中国空军第五大队34架飞机迎战日本12架零式战机，结果被击落13架，击伤11架，而日机则仅有少量损失。第五大队因此被撤销番号，改名"无名大队"，队员胸前要佩戴"耻"字胸章。至1941年夏，中国空军消耗到仅存65架飞机。此时，苏联志愿航空队也奉命撤回，中国空军再一次面临山穷水尽的地步。
日军利用空中优势，在重庆、昆明等中国后方军政要地如入无人之境，进行狂轰滥炸，因为日军的空袭，中国军民死伤惨重，甚至发生了因躲避空袭而造成上万人窒息死亡的"重庆大隧道惨案"。
1941年冬，美国空军教官陈纳德率领自己招募组建的美国志愿航空队到昆明参战。开战第一天，已经许久未见中国战机的日本飞机遭到重创。此后，陈纳德的机队屡创空战佳绩，因其英勇神猛而被民间称为"飞虎队"。至1942年7月，飞虎队被并入美国陆军航空队，后在滇缅公路中断的危急情况之下，开辟中印之间著名的"驼峰航线"，用空运维持中国战略物资的运输。
1942年，也是中国空军的转折点。随着新一批空军培训完毕，同时接受了大批美式轰炸机和歼击机，中国空军重新与日军展开激战，并且逐步取得制空权，1944年，完全取得主动。1945年8月14日，中国空军第五大队飞行员沈昌德从湖南芷江机场起飞，完成了中国空军在抗战中的最后一次作战任务。次日，日本宣布无条件投降。
根据统计，抗战8年中，中国空军共击落击毁敌机1226架、击伤炸伤敌机230架、炸毁炸伤敌坦克车辆8546辆，而自己则损失各种飞机2468架，6164人殉国。
1、空军定义
空军是现代化三军当中成立最晚的一支，许多国家直到第一次世界大战结束之后才有独立的空军出现。主要进行空中作战的军种，多数国家的空军由航空兵、地空导弹兵、高射炮兵等兵种组成。空军装备的机种，通常有歼击机、轰炸机、歼击轰炸机等。基本任务是：担负国土防空，支援陆军、海军作战，对敌后实施空袭、进行空运和航空侦察。
2、中国先进飞机数量
中国先进的战机系列就以下几类（四代机一共几架原型机、二代机已经淘汰了，暂且不列入；资料来源 百科）：
三代重型战斗机：
苏27、苏30、J11、J11B、J15系列452架
三代轻型战斗机：
J10系列400+架。
战斗轰炸机：
歼轰七（飞豹）系列240架。
预警机：
固定翼预警机：
大型预警机（空警2000）5架、中型预警机（空警200）10架、空警500预警机1架（试验机）、准预警机（运8早期警戒机）4架，合计20架。
预警直升机：卡31型9架。
轰炸机
能发射巡航导弹的中型轰炸机（轰6K）10多架，轰6系列全部150架。
空军司令周至柔，黄埔系中的土木系人物。宋美龄空军顾问
宋美龄支持 陈纳德帮训练第1大队(轰炸机)，下辖2个中队：诺斯普罗-2E型18架、弗力特-7型教练机1架
第2大队(轰炸机)，下辖3个中队：诺斯普罗-2E型27架
第3大队(战斗机)，下辖3个中队：霍克III型9架、波音281型10架、布瑞达-27型2架、菲亚特-32型3架
第4大队(战斗机)，下辖3个中队：霍克III型28架、福克.华夫型教练机1架
第5大队(战斗机)，下辖3个中队：霍克III型28架、福克.华夫型教练机1架
第6大队(战斗机、轰炸机)，下辖4个中队：道格拉斯轰炸机27架、菲亚特-32型战斗机3架、波罗尼-111型轰炸机7架、德.哈兰-摩斯教练机2架
第7大队(侦察机)，下辖4个中队：可塞型侦察机27架
第8大队(轰炸机)，下辖3个中队：萨伏亚S-72型6架、道格拉斯轰炸机6架、亨格尔111-A型6架、马丁型6架、福克.华夫型教练机1架
第9大队(攻击机)，下辖2个中队：雪莱克A-12型20架
直辖大队，下辖5个中队： 第13中队：道格拉斯轰炸机7架 第18中队：道格拉斯轰炸机9架、可塞型侦察机3架
第20中队：可塞型侦察机11架 第29中队：霍克III型9架、霍克II型3架 第31中队：道格拉斯轰炸机9架
空军总司令周至柔
