武汉会战前夕，日军在未发起地面攻击之前，便倚仗其空中优势，频频对武汉进行空袭、轰炸。为保卫武汉免遭袭击、轰炸，年轻的我国空军多次起飞，奋勇防空。空战就成了武汉会战全面打响的前奏。
那时候，日军航空兵用的飞机主要是 A5M 舰载战斗机，在速度还有火力方面，都比我军的 E-15 战斗机强大。尽管装备不行，可是我空军将士没有丝毫畏惧，众多英勇的大好青年钻进飞机，毅然决然地冲天向上保卫国家。
1938年2月18日，日军从南京、芜湖等地出动26架战斗机和12架轰炸机，沿长江一线向武汉进犯。我空军闻讯后，第4大队第22队的11架E-15式战斗机和第21队的10架E-16式战斗机迅速从汉口王家墩机场起飞迎战。随后，第23队的8架E-15式战斗机也从孝感机场起飞投入战斗。经过12分钟的激战，我战机击落日机14架，其余日机狼狈逃窜，未能进入武汉市区投弹。我军损失飞机4架。“二一八空战”成为武汉抗战时期的首次空中大捷。日军不光未能达成对武汉市区投弹轰炸的目的，反倒被打下了整整 14 架战机。
4月20号，我空军一架战机在湖北孝感试飞过程中发现一架日军飞机，果断将其击落，在检查敌机残骸时，发现了日军海航部队准备在4月29日，也就是日本天皇生日那天，出动大机群空袭汉口轰炸武汉，为其天皇寿辰献礼的秘密情报。
4月29日，日军为了以“空中大捷”向天长节献礼，出动了39架飞机飞向武汉。由于我空军部队事先从被击落的日侦察机获得有关情报，遂严阵以待，出动了2个大队64架战机实行拦击，并在战术上预作了安排。
由毛稼初和董明德率领19架E-15型战斗机，会同苏联飞行员图恩、别斯帕洛夫绷图斯等驾驶的45架战斗机占据了有利高度，奋起迎战。机群起飞后，以E-15式战机诱导日战机脱离轰炸机群，以E-16式战机痛歼日轰炸机，打了日军一个措手不及。得手后，我机群又联手攻击日战机。《新华日报》1938年4月30日第2版曾报道《武汉昨日壮烈空战，我击落敌机廿一架》：自武昌以至黄冈上空，漫天焰火，均属被我击坠之敌重轰炸机残骸。经过半小时激战，我空军击落日机21架，其中战斗机11架，轰炸机10架。打死日军飞行员50名，两名跳伞的飞行员被活捉。我军损失飞机11架。“四二九空战”不仅是武汉抗战期间，而且是全国8年抗战时期最激烈的一次空战。
此次空战中，我空军年仅22岁的飞行员陈怀民，在击落一架敌机后，座机不幸中弹起火情况下，他沉着地紧握操纵杆，扭转机身猛烈撞向一架敌机，致敌机机毁人亡，撞机后的陈怀民翻身出舱，因为降落伞被烈火燃烧，陈怀民从3000米高空坠落江中壮烈牺牲。
5月31日，日军集中驱逐机36架，轰炸机18架，空袭武汉。我国空军机队迅速采取包围攻势迎战，经过20多分钟的战斗。中苏联合空军以损失两架飞机的代价，共击落日机14架，给日本空军以沉重打击。此后，我国空军在苏联志愿飞行队的配合下，接连取得了“七一六”“八三”和“八一八”等空战的胜利。