1937年7月7日，全面抗戰(zhàn)爆發(fā)。7月下旬，為了抵御日軍對華北的侵略，國民政府決定首先搶修華北地區(qū)的重要機(jī)場。但到了11月，隨著日軍對我國東南沿海地區(qū)攻勢的增強(qiáng)，國民政府將力量轉(zhuǎn)向蘇州、嘉興、杭州、蕪湖、合肥等15個(gè)機(jī)場的建設(shè)，同時(shí)擴(kuò)修兩廣和閩浙贛等地的28個(gè)機(jī)場。

1937年11月后，為幫助中國抗擊日本侵略，蘇聯(lián)向中國援助飛機(jī)1235架，派遣2000余名飛行員來華，并在新疆建立航空學(xué)校，幫助中國培養(yǎng)飛行員和航空技術(shù)人員。國民政府則按照蘇制飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，在蘭州設(shè)立空軍第7總站，又在新疆等地建5座機(jī)場。隨著日軍侵略華中地區(qū)，國民政府開始在漢口、南昌、贛州、長沙、廣州等地?fù)寯U(kuò)建一批機(jī)場；并調(diào)集人力物力，擴(kuò)修合肥、安慶、九江、南昌、隴海線東部，信陽、駐馬店和漢口中央航空學(xué)校機(jī)場。

武漢會戰(zhàn)結(jié)束后，南昌機(jī)場等重要空軍基地遭到日軍破壞，中蘇航空隊(duì)被迫向后方移防。從1940年4月下旬開始，日軍開始集中轟炸重慶等地的中國空軍機(jī)場。隨著蘇德戰(zhàn)爭爆發(fā)，蘇聯(lián)對于中國的航空援助告一段落，中國空軍多集中于西南西北地區(qū)的機(jī)場執(zhí)行訓(xùn)練和警戒任務(wù)，反擊日機(jī)的來襲。

太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā)后，中國空軍美國航空志愿隊(duì)(即“飛虎隊(duì)”)總部進(jìn)駐昆明西郊的巫家壩機(jī)場。國民政府進(jìn)一步加強(qiáng)了西南和西北地區(qū)空軍地面設(shè)施建設(shè)，逐步建立起以昆明、成都為中心的西南機(jī)場群，以桂林、柳州、衡陽為基地的華南機(jī)場群，以芷江、恩施、來鳳為基地的湘西和鄂西機(jī)場群，以及以蘭州、老河口、漢中為基地的西北機(jī)場群。

1943年，中國空軍開始轉(zhuǎn)入反攻。常德會戰(zhàn)時(shí)，中美空軍開始以湖北、江西、四川等地機(jī)場為基地，配合中國地面部隊(duì)的行動(dòng)，轟炸日軍主力部隊(duì)、日軍航空基地和設(shè)施。

為了對日本本土實(shí)施轟炸，根據(jù)中美協(xié)議，國民政府在四川實(shí)施“特種工程”，新建或擴(kuò)建新津、邛崍、彭山、廣漢4個(gè)大型轟炸機(jī)機(jī)場，以及華陽太平寺、雙流馬家寺、雙桂寺、彭家場、成都鳳凰山5個(gè)機(jī)場。1944年5月，工程如期完工，每個(gè)機(jī)場都配備了完備的配套設(shè)施，堪稱當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的機(jī)場群之一。6月15日，美國轟炸機(jī)75架從四川的機(jī)場起飛，長途奔襲日本。此后美軍的大型轟炸機(jī)頻頻從中國機(jī)場起飛，對日本本土持續(xù)轟炸。

為了奪取能用于轟炸日本本土的中國機(jī)場，日軍發(fā)動(dòng)進(jìn)攻，奪取了7個(gè)中國空軍基地和36個(gè)機(jī)場，但中國軍民連續(xù)在西南山區(qū)搶建和擴(kuò)建了一批新機(jī)場。而此時(shí)的日本無論是陸軍還是空軍，都已是強(qiáng)弩之末。就在衡陽淪陷后的第二天，陳納德就率中美飛機(jī)飛到衡陽上空轟炸。此后，中美軍機(jī)更連續(xù)三次從芷江機(jī)場派飛機(jī)奇襲湖北的日軍機(jī)場，炸毀敵機(jī)160余架，全殲日軍第48飛行隊(duì)，奪得中南地區(qū)的制空權(quán)。日軍為奪取芷江機(jī)場，曾發(fā)動(dòng)“芷江攻略戰(zhàn)”，中國軍隊(duì)對此組織了進(jìn)攻性防御，很快贏得了這場抗戰(zhàn)中最后一次會戰(zhàn)的勝利。

1944年底，中美空軍已經(jīng)完全取得了制空權(quán)。湘西芷江空軍第9總站轄湖南西部、四川東部和貴州東北地區(qū)若干機(jī)場，與貴州的94站、四川的110站成掎角之勢，成為空中反攻的橋頭堡。

1945年3月，中方又新建了鳳翔白村機(jī)場；4月，中國空軍更以芷江為中心，緊急開辟了安江、隆回魏家塅和桃源麥家河等臨時(shí)機(jī)場；而閩西長汀機(jī)場經(jīng)第二次擴(kuò)建，成為聯(lián)通東南各省和西南、西北大后方的戰(zhàn)略要地。

1945年8月15日，日本宣布無條件投降?？箲?zhàn)8年中，中國空軍共擊落日機(jī)1543架，擊傷330架。出動(dòng)轟炸、驅(qū)逐、偵察、運(yùn)輸?shù)蕊w機(jī)計(jì)18500架，作戰(zhàn)達(dá)4027次，完成了出擊、制空、偵察、防空等任務(wù)，為抗戰(zhàn)勝利做出了卓越貢獻(xiàn)。