抗战初期，国民政府从美国引进了霍克-3战机，这是一种双翼机，搭载一挺12.7毫米口径机枪和一挺7.62毫米口径机枪，这个火力配置，在当时世界战斗机范围内不算强大，但其战果不菲。1937年8月14日，由高志航率领的机队首开击落日机纪录，在杭州湾上空击落日机3架，重伤一架，自身毫无损伤。
当时被击落的是日军96式陆上攻击机，也就是我们常说的96式轰炸机。当时空战爆发，日军异常骄横，认为不需要战斗机护航也可以执行轰炸任务，于是挨了当头一棒。日军的护航战机也叫作96式舰载战斗机，是一种下单翼的先进战斗机。在设计这种飞机时，日本海军航空队给出的指标是，要在3000米的高度将速度提升到352公里每小时。结果这种飞机设计出来以后，创下了451公里每小时的纪录。而中国的霍克-3极速为360公里每小时，这在近距离空战中相当吃亏。
在引进美制霍克-3的同时，来自苏联的伊-15和伊-16同样成为了民国空军的主力。抗战初期，苏联向中国援助了985架飞机，其中伊-15就有347架，其性能只能说勉强够用，对于日军轰炸机有一定的威胁，但面对96舰战时，毫无招架之力。后期通过改进，再加上伊-16的配合，才与日军形成了相持的局面。
打破这一局面的是当时被称为亚洲最强战斗机的零式。1939年，还在试飞试验阶段的零式，从日本秘密飞往中国。碧山空战一役，中国空中力量损失殆尽。据当时的中国空军飞行员回忆，在以往的战斗中，从来没见过一款战机，能够有如此快的速度和异常敏捷的机动性。
零式为了达到设计要求，采用了全铝合金设计，减轻了机体重量，提高了整机推重比。由于取消了防弹钢板，机体一旦中弹便会着火，盟军后来给零式起了个外号叫做“打火机”。在太平洋战争爆发初期，零式战机将三分之二的对手从亚洲的天空抹掉，足见其战斗力强悍。
太平洋战争爆发后，美国政府志愿援华航空队带着P-40战机来华，由此成为对抗零式的主力。通过数次交锋总结发现，如果想在战斗中取胜，P-40必须采用低空或者跃升俯冲的方式，一旦采用跃升俯冲，无论是否击中零式，必须迅速低空撤离。P-40的装甲厚度要比零式厚得多，虽然中弹，但如果没有击中油箱，依旧具有战斗力。抗战后期，随着大部分零式被调往太平洋战场，中国空防压力逐渐减轻。P-40在中国的战果 也逐渐好转起来。
整个抗战期间，中国军队最受其害的还是日军的轰炸机，逢重大战役，日军必派出轰炸机前往。日本海军航空队和日本陆军航空队装备了96式、97式、和一式陆攻这一类轰炸机。其中96式还做过环球飞行，在整个战争期间，一直是轰炸中国大后方的主力机型。相反，中国的空中轰炸力量显得相对薄弱，一般对地支援也是战斗机携带数量有限的炸弹前往。
1938年5月19日，中国出动两架“马丁”139WC型轰炸机，远征日本本土，投下100多万份传单。此事件震惊世界，这是日本有史以来第一次被外国飞机轰炸，虽然采用的不是炸弹，但数百万纸片造成的震慑远比炸弹要大得多。
抗战后期，在中国四川，数百万民工修建数条超级跑道，B-29战略轰炸机由此起飞，对日本东京实施了史上最大轰炸。
