早在1932年一·二八事变后，日本即在上海驻军，日本垄断集团的首领人物池田成彬、小仓正恒就有所谓“长江计划”。卢沟桥事变后日本狂妄地想在三个月内，而抗战第一期第一阶段西战场上中国军队暂时失利，平津沦陷，以及接踵而来的中国军队在平汉路和晋绥军的败退，到太原失守，表面上使日本感到自己在华北稳操胜券，侵略气焰嚣张，继续向察哈尔进攻，同时，决定向上海增派军队，想将其当成作战基地，进而攻陷华中。
“上海密迩首都，绪战胜负，有关全国人民作战场所与国际视听。”为防患未然和配合华北地区作战，牵制、分散日本兵力，争取战争主动权，以利长期作战，中国“将空军全部兵力，移用于京沪地区”，决定开辟华东战场，
扫荡上海日军及其在长江内河的舰艇,使日本无法把上海作为进攻华东的基地。中国决定扫荡上海敌军根据地，并粉碎在沿江、沿海登陆取行动之敌，以保卫首都。国民政府早在1936年就成立了以张治中为军事长官的秘密作战指挥部，负责京沪地区准备工作。中国为此役投入了70万军队，日军先后投入军队20万。
淞沪会战是中国抗战第一期第一阶段东战场的重要战役。日军的陆军航空队和海军航空队充当了侵华的急先锋。1937年8月9日，日本海军上海特别陆战队西部派遣队中尉队长大山勇夫及一名士兵驾车高速闯入上海虹桥机场寻衅。被我方保安队官兵击毙。日军提出的无理要求遭到国民政府的拒绝，其海军陆战队便于8月13日晨突然向上海闸北中国守军发起进攻，淞沪大战由此揭开帷幕。
1928年国民政府即设立军政部，统一管控全国陆海空军行政权，也标志着空中力量单独成军。1931年初，通过初步整合，形成了涵盖驱逐机、侦察机、轰炸机等不同机种的部队架构，及相应的电台、修理厂等配套作战体系。
此时的中国空军虽起步较晚，但已初具体系，并且与美国、日本等国航空力量分别隶属于陆海军不同，中国的空中力量，一开始就自成体系，可以更加好保证资金和人员投入。
1931年初，国民政府已初步整编了13个驱逐机队、8个侦察机队、4个轰炸机队。在南京大校机场设置供应及维修基地。
1931年底，面对日本的军事威胁，国民政府首次制定了《空军作战防空计划》。1932年，又制定了《空军五年建设及防空计划》，将日本作为假想敌，并提出了十大空防区和飞行员、机械人员等人才教育培训、航校创办、航空工厂建设等规划。随后，位于杭州笕桥的军政部航空学校扩编为中央航空学校，承担起培养飞行人才重任。
中国最早生产飞机的工厂，是在1918年成立的海军飞机制造处，1931年迁至上海。广州由于是国民政府的初始之地，在孙中山时代便建立了飞机修理厂。同时期还有张作霖在沈阳东塔建立的东北航空工厂，1934年建厂的中央飞机制造厂，1933年在南昌与意大利合作建立的中意飞机制造厂等机构。这些制造厂培养了一批技术工人，并能利用国外运送的零部件组装部分机型，但最重要的国产独立制造飞机，始终没有办法实现。
更加不利的是，上世纪30年代是世界航空工业快速的提升的时期，金属蒙皮、下单翼、可收放起落架等新技术普遍的应用于航空工业，但是没有自主研发和自主制造能力，再加上西方的技术封锁，使得民国空军的装备，始终处于相对落后状态。
1931年以来国民政府在美国帮助下逐步建立起一支空军部队，由于缺乏资金，加之不受重视，空军力量发展有限。到淞沪会战之前，国民政府拥有各种飞机约300余架，成立了一个由蒋介石为委员长、宋美龄为秘书长、周至柔为主任的航空委员会，还成立了一个空军总指挥部。当时空军全部为进口杂牌，不仅数量少，而且维修困难，空军任务只是配合陆军轰炸一些不设防的地面目标，炸完就跑，至于同日空军一较高下，没实力也没有机会。
鉴于开战以来日机不断对中国军民狂轰滥炸，气焰嚣张万分，空军总指挥部在8月13日下午14时发布第1号作战命令，决定协助陆军消灭盘踞在上海之敌，狠狠教训日本人。
高志航原名高铭久，1907年，出生在通化县（今吉林通化）三棵榆树镇三棵榆树村，为家中长子。
1924年，东北军扩建空军后，张学良组建飞行大队，最初高志航因身材矮小并没有入选，但是他并没放弃，而是给张学良写亲笔书信，为表明了自己立誓要为中国航空事业做贡献的志愿，改名为“志航”，张学良被他的精诚所感动，于是同意他到法国学习飞行技术。
1927年1月，高志航学成归国，被张学良重用多次提拔。他也不辱使命，用自己高超的飞行技术屡次在演习中获得奖励。一次演习，他的右腿被弹出的操纵杆打断。经过两次手术，高志航的腿比原来短了一分。但他坚持要求重上蓝天，并提出试飞。当时的飞机简陋，飞行员没有玻璃罩子，整个身体露在外面。那张学良被高志航的精神打动，任命他为东北航空处飞鹰队队长。
1931年，九一八事变后，由于南京国民政府“不抵抗”的命令，高志航誓死救国，带着弟弟偷偷坐上了火车来到了南京，胸怀满腔热血加入了南京航委会，由于他是东北军出身，而蒋介石并不怎么喜欢东北军，从而只是把他安排成为空军第8队中尉分队长职位，但是高志航并没有多在意职位的高低，有一个可以报效国家的地方他就心满意足了。之后，他通过自修，掌握了夜间不打灯起飞、倒飞和弧形飞等飞行绝技，很快被升为空军少校。
1935年，高志航跟随空军代表团去意大利考察飞行技术和购买飞机，他的驾驶技术深深折服了意大利法西斯首脑墨索里尼，当即就要以高职位重金留下他，但他断言拒绝，说到“我是一名中国军人，我要为我的祖国终生效力”。
回国后，担任教导团总队副，培养中国飞行员。在他的悉心教导中，国民政府空军涌现出诸如刘粹刚、柳哲生、董明德、李桂丹、郑少愚、乐以琴、罗英德等空战英雄。
其中一位学生刘善本1946年6月驾机飞抵延安，开创空军驾机起义的先例，后为新中国空军的创建做出重大贡献。1936年，高志航任空军第四驱逐大队大队长。他对部下除在飞行技术上严格要求外，还时常给部下讲日本鬼子在“九一八事变”之后在东北犯下的滔天恶行，以此来唤醒每一位飞行员对日军的痛恨，树立保卫国家的坚定信念！他常说：“现在你们都是具有特别强战斗力的飞行员，今后一定要击落敌机，保卫祖国，否则就不是忠实的战斗员。大家要记住为国争光、为民出力、勇敢杀敌，使我们第四驱逐大队能够留名千古。”
1936年10月31日蒋介石50华诞大庆。这天，航委会特别在南京举行了一次有英、德、意等国空军参加的空战技术和飞行特技表演。当时正留守杭州的高志航闻讯后，主动驾机前往参加。鹰三型战轰机为抗日战争初期，中国空军主力战机，又称霍克三。第一次公开在国人面前是由第四大队大队长高志航少校率三十五架霍克三，在南京明故宫机场展示自己的高超飞行技术。他用自己的拿手好戏博得场上各路嘉宾的阵阵喝彩，亦使几支欲争高下的外军特技队相形见绌。
蒋介石观看后，十分欢喜，马上召见了高志航并且对他的飞行技术给予了充分的肯定，并把自己的“天窗”号飞机奖励给高志航使用。很快，国内外各大报刊纷纷刊登这位空军少校的高超飞行技术。从此，高志航的名字在军中几乎人人皆知。
1937年8月14日在淞沪会战开战的第二天，国民政府的中国空军就用自己的实际行动，震撼了日本空军。
这天清晨，南京光华门大校场空军司令部收到蒋介石的电令：在长江中的日本50艘兵舰和轮船，正向东逃跑。你们大队应即带上炸弹，于拂晓前将其炸沉。倘若日舰已经驶进吴淞口，停泊于黄浦江内，就不准轰炸，以免引起国际纠纷。
而当时日本海军第三舰队司令长谷川清，决定采用拟定的作战方案，利用日本海军航空兵的优势兵力和装备，想在大规模开战第一天发动中国空军进行大规模空袭，先发制人夺取制空权。
8月13日午夜，长谷川清对他指挥的海军航空兵下达了8月14日清晨倾巢而出的空袭命令
：第二航空队空袭南京、广德、杭州机场；第一联合航空队的鹿屋航空队空袭南昌机场；第八、第十战队和第一水雷战队空袭上海虹桥机场；第一航空队以及木更津航空队作为预备队待命。
1937年8月14日，当时上海因台风刚过而大雨倾盆，风速竟然达到每秒22米，当时的天气情况十分恶劣。就在这样极端恶劣的天气情况下，首先登场亮相的，反倒是提前一天准备好，义无反顾的中国空军的执行轰炸任务的部队。虽然日军已经知道，中国空军将手头上剩余的大部分作战飞机紧急调到东南沿海地区，但是日军压根没把中国空军放在眼里。日军狂妄地认为，中国空军机型老旧，数量有限，舍不得拿出来血拼；且中国空军的飞行员作战经验不足，没有胆量与日军真枪实弹地作战，只要用急袭的手段把中国空军的作战飞机击毁在东南沿海几个机场的停机库里或者跑道上，中国空军就基本上等于被消灭了。
1937年8月14日，在台风光临上海的恶劣气象条件下，日本海军第三舰队司令长谷川清决定等待天气好转，再出动。而在
8月14日早晨七点整杭州笕桥机场，第30独立队5架美制轰炸机携带好充足的炸弹起飞了。他们排成楔形队形，在一千五百米的高度，冒着日军海军陆战队密集的地面高射炮火的掩护下，直扑公大纱厂的日军阵地和军械库
，将复仇的炸弹，全部命中在这些目标后，所有战机安全返航，只有部分飞机机身受了轻伤。
上午八点整，指挥部下令要对日军在上海的军用仓库“公大纱厂”发起空袭。第35中队中队长许恩廉，率领姜献祥、柯绍廉驾驶的两架“新可塞”飞机沿沪杭铁路向东北前进。说起这种型号飞机，是美国钱斯沃特公司生产的海盗式飞机，也就是在中国称为可塞型飞机。钱斯沃特公司的代表型号是二战中的海盗式F4U战斗机，是当时世界上速度最快的活塞式战斗机之一。而中国所引进的海盗式各型飞机也在中国创立了多项纪录。不过麻烦的天气结合当时飞机开放式的座舱，直接造成使6位飞行员不仅全身湿透，而且风挡玻璃与飞行眼镜一片模糊，能见度极低。在嘉兴上空，云层高度不到90米，继续飞行寻找攻击日军的目标。
在前两次寻敌不成返航后，第三次搜寻日军目标，在快要进入上海市中心时，与江面左岸多艘日本海军舰艇发生遭遇战。
日军十分狡猾地将自己的战舰与英美等国家的军舰停靠在一起，使得我方轰炸机不敢贸然行动。一片混战中，姜献祥战机中弹，只见他不慌不忙一边驾驶战机躲避炮火，一边冲入云霄来观察战况寻找目标。不一会，姜献祥就凭着巨大的黑烟而找到了公大纱厂的所在地，一个俯冲下去，一股脑儿将所有炮火倾泻而下，日军的军火弹药库瞬时被炸成火海。
在搜索到南通附近江面，成功发现日本海军第三舰队驱逐舰一艘，中国空军第五大队大队长丁纪徐，马上驾机俯冲投下227千克炸弹，这枚炸弹在日本海军驱逐舰的舰尾爆炸，引起舰尾大量进水，造成这艘日本海军驱逐舰当场被击沉。1937年8月14日9时30分，第5大队第24中队中队长刘粹刚首先率领9架“霍克－3式”驱逐机从扬州起飞，搜索日军舰队目标在川沙县白龙港附近，对日本海军1艘军舰，发起攻击。成功击中日舰，将其击伤。
高志航于8月14日午后率领第4大队战机刚抵笕桥机场，即接到防空警报。于是命令各机立刻加油，此时，日军飞机已经黑压压飞了过来，打算抢先摧毁机场，使我空军无处立足。
高志航不等飞机油料加足，便紧急升空迎战。所属3个中队的27架飞机也分头迎向日机。
高志航驾驶着霍克一Ⅲ驱逐机升空后，高志航立即锁定一架日机，靠着精湛的飞行技术几个翻腾，逼近目标，瞅准机会迅速按下机关炮钮，只见从自己飞机底下吐出一串火舌，正中日机尾部，敌机一阵震动，随即拖着长长的黑烟怪叫着来了一个倒栽葱，“轰”地一声炸得四分五裂。来不及品尝胜利的滋味，高志航又驾机扑向另一个目标，很快，那架日机也遭受了相同的命运，摇摇晃晃一头栽了下去，不久化成碎片。
战机呼啸，炮声隆隆，火光映红天空，中国空军飞行健儿怀着对侵略者的满腔仇恨，相继猛烈开火，第4大队第21中队中队长李桂丹等人也有战果，击落1架日机，击伤1架，剩下的敌机见势不妙，掉转机头狼狈逃窜。
这次空战，中国空军大获全胜，首次参战便大显身手，创造击落敌机6架、击伤数架的辉煌战绩，己方战机却安然无恙，更让人不可思议的是，前后整个战斗过程，历时不过短短一刻钟。
在台湾新竹基地的木梗津航空队队长石井大佐得知日空军战败，目瞪口呆，一直以来日本空军在中国领空来去自如，恣意而为，在他们眼里中国空军胆小如鼠，根本不堪一击，哪曾想一经交手不堪一击的竟然是堂堂大日本皇军！感到蒙受奇耻大辱的石井大佐当晚剖腹自杀，到阴间向天皇谢罪去了。
这一天，中国空军还在吴淞口袭击了日本军舰，第2大队“907”号轰炸机飞行员任云阁向中国军民切齿痛恨的日旗舰“出云”号连投两枚炸弹，命中其甲板，可惜炸弹威力不够大，没有将该舰击沉，如果换了重磅炸弹，或者发射鱼雷从水下攻击，“出云”号定将在劫难逃。任云阁在飞回途中不幸遭日高射炮集中，机毁人亡。
日本空军迭遭挫折，图谋报复，8月15日晨出动60余架飞机轰炸上海、杭州、南京军用设施和通讯指挥枢纽，寻找战机与中国空军决一死战。
高志航的第4飞行大队和其他空军部队投入战斗，这次依然打得敌机抱头鼠窜，17架飞机被击落，数架被击伤，我方蒙受了微小损失。
中国飞行员乐以琴一人干掉4架敌机，创造了空前的纪录。这还是在落单掉队、油料和炮弹不足的困难情况下取得的，孤胆英雄啸傲长空，大长我中威和国人志气。
8月17、19日，敌我双方空军再次交战，输红眼的日军紧急从国内调集王牌飞行员和飞机飞赴淞沪前线，以求洗刷前耻。由于对方作了周密准备，我空军与之交战互有胜负。但中国空军拥有敌所不能够比拟的英勇无畏精神，
第4大队飞行员阎海文在空袭日海军陆战队司令部的战斗中座机被高炮击中，他跳伞后落进了日军包围圈，敌人试图活捉他，阎海文拔出手枪，一连放倒4个鬼子，最后对准自己的太阳穴，扣动了扳机。
英雄死后人们才知道，他还有一个未婚妻，正在等待他去结婚。日海军以海军军礼海葬了这位“支那勇士”。
8月19日,又一位空中英雄沈崇海登场了，在和战友陈锡纯驾驶战机成功轰炸了日本军舰，在南汇上空飞机突发故障，沈崇海命陈锡纯跳伞逃生，自己准备驾机撞毁敌舰，陈锡纯不愿独自偷生，坚决要求与其共生死，于是两人开足马力径直撞向一艘巡洋舰，与之同归于荆以生命和热血谱写了一曲感天动地的壮丽乐章。中国空军的英勇表现让日军又敬又怕，第3舰队司令官长谷川清召集部下训斥：过去在日清战争和日俄战争时，我大和民族不怕死的精神何在？已被中国的勇士沈崇海、阎海文夺走了！
第5大队中队长刘粹刚在一个月内一共击落6架敌机，此后一个月又击落5架，以击落11架敌机创造了单机击落敌机的最高纪录，被称为中国空军的“红武士”，连日本王牌飞行员加藤建夫也惺惺相惜地誉之为“赵云式的勇士”，刘粹刚与日机的空战镜头还被日空军看作是空战的模范战例。
中国爱国空军不怕牺牲、屡次战胜强敌的精神鼓舞了前线将士，在后方也引起广泛而强烈的反响，延安的刊物发表了《英勇的中国空军万岁》的文章，周恩来、董必武、等还为空军烈士题献挽联。
