空4师打响了空中"反绞杀"的第一仗，在38天的作战中，共战斗出动29批508架次，共击落美机20架，击伤10架。从1952年10月起，志愿军空军先后有9个师18个团的歼击机和2个轰炸机师的部分部队陆续参战，参战飞机数量增至525架。
1951年10月20日，已是副大队长的赵宝桐和空3师的战友们驾驶50架米格-15歼击机抵达安东前线机场，担任掩护泰川一带新建机场和平壤至安东一线交通运输的任务。空3师首先根据敌我双方的情况，制定了实战锻炼计划，请空4师和人民军的同志介绍美机的活动规律和特点，学习空中作战经验。随后由人民军空军带领，以大队和团编队的形式熟悉战区，训练战法。可战情紧急，仅仅半个月后，赵宝桐就参加了第一次空战。
11月4日上午10时，我空军地面雷达报告：敌机6批共128架，进犯我清川江、定州、博川等地区。地面指挥所命令7团升空迎敌。
副团长孟进率22架战鹰，在人民军空军的掩护下跃入天空。地面指挥员及时通报着情况："价川上空约5500米高度，F-84、F-80飞机20架"。
初次参战的赵宝桐，此刻既紧张又兴奋。从飞机上望下去，可以清楚地看到地面上清澈的清川江和被敌人炸毁的城镇和村庄。
飞至朔州上空后，在师指挥所的引导下，飞机进入战斗队形，搜索前进。赵宝桐所在的大队在高空担任掩护。此时，敌机已窜至价川上空，孟进见敌情改变，令转向东南方向前进。可3大队却没有听到副团长左转弯的命令，在大队长牟敦康的率领下继续向南飞去。不久就到了顺川的上空。
"注意，前面有敌机!"赵宝桐从耳机里听到大队长的声音。只见大约6公里外有10余架F-84战斗轰炸机，高度4000米，分为上下两层，正在向南飞行。牟敦康命令各机投下副油箱，加大速度爬高向敌机飞去。
敌机近在眼前，共有24架。牟敦康迅速下令："2中队掩护，1中队攻击!"并率先冲向敌机，赵宝桐和僚机紧随长机组跟了上去。
敌机被志愿军的飞机打了个措手不及，一下子四散逃离。而赵宝桐因冲得太猛，一下子掉进了20多架敌机的中间。几架敌机马上围拢过来，都把机头对准了他的飞机。
赵宝桐毫不迟疑，猛地一拉操纵杆，飞机像离弦的箭，向斜上方冲去，机身旁闪过道道弹光。
等他回过头来，看到4架敌机正在左转弯，露出一个空档，就一个半滚冲了过去，顺势咬住一架敌机紧追不放。敌机左转，他也左转，双方在几千米的高空展开了追逐战。终于，赵宝桐把敌机慢慢地套入瞄准具的光环，此时4架敌机也从尾后向赵宝桐包抄过来，机头也对准了他的飞机。
但机警的赵宝桐先敌开炮，三炮齐发，随即一个跃升，敌机的机枪已同时打来，紧擦着赵宝桐的机尾飞过去。赵宝桐加大飞行速度，突然飞机失速进入螺旋，像一片落叶，旋转着快速坠向地面。但赵宝桐保持镇静，终于在300米高度改出螺旋，飞机又向高空冲去。而被打下的那架敌机已扎进江湾的泥滩里。
此时，敌机在志愿军空军的打击下，掉头向西南方向飞去。"想逃，没那么容易!"赵宝桐盯住一架敌机跟了上去，500米、400米、300米，他稳稳地将敌机套住，按下炮钮，"咚!咚!咚!"炮弹正中敌机机翼。敌机冒着浓烟向地面栽去，摔在小山坡上，爆炸了!
首次空战，赵宝桐就取得了骄人的战绩：2∶O!
但这毕竟是同性能较差的F-84的较量，真正的考验才刚刚开始。11月底，美空军第51战斗截击机联队完成了F-86E的改装，美军在朝鲜战场的F-86"佩刀"式飞机增至两个联队120余架，并担当美混合机群的空战主力，美军以它为后盾，进一步加大了轰炸强度和密度。空战规模日益扩大。
12月2日，志愿军空军第一次参加了敌我双方多达300架飞机的大空战，赵宝桐遇上了真正的对手---F-86。
下午2时33分，美机8批120余架飞机向泰川、博川、顺川等地飞来，准备对我交通线予以重点轰炸。志愿军空3师首次全师出动，配合人民军空军4个飞行团的兵力，升空迎敌。当空3师飞至顺川、清川江口上空时，与美军20架F-86"佩刀"式战斗机迎面相遇，双方在空中展开厮杀。赵宝桐毫不畏惧，上下冲杀，接连击落2架"佩刀"，成为空3师击落"佩刀"战斗机的第一人。
在抗美援朝空战中，赵宝桐共击落美机7架、击伤2架，创造了志愿军空军击落击伤敌机的最高纪录。1952年赵宝桐被授予一级战斗英雄荣誉称号，两次荣立特等功，成为中国空军历史上的"空战之王"。