开战不到五分钟，少尉飞行员陈怀民首先咬住一架日机，把它揍了下去。这是陈怀民击落和重创的第三架日机。半年前，日军出动三百多架飞机空袭南京时，他驾驶二四○五号霍克飞机，与战友们一起，击落日机一架，击伤四架。陈怀民被四架日机包围，油箱被日机击中起火，迫降长江，折断了鼻骨。
伤愈后，母亲对他说：“怀民，杀敌报国，无上光荣，妈不扯后腿，可我有个心愿，为了咱陈家不断香火，你先结婚吧。”
陈怀民说：“我正在作战，结婚会增加心理负担，这件事以后再说吧。”
“二一八”空战中，陈怀民随队从孝感飞到武汉应战，座机被日军击中，迫不得已跳伞，腿部负伤。４月１０日，他驾机飞到台儿庄低空侦察，返航途中与日机遭遇，孤军奋战，撞毁一架日机，自己又一次跳伞成功。
这一天，陈怀民首开纪录后，一拨机头，盯住了另一架日机。他的出色的战斗动作，引起了日军注意。五架日机发疯似的扑上来，狠命向他射击。陈怀民的战机多处中弹，难以操纵。他本可再次跳伞求生，但他开足马力，向附近一架日机的机背撞去。“轰卤一声巨响，两条火龙翻滚着落向地面。陈怀民的壮举，使日军飞行员胆寒，令地面上观战的中国军民动容，令空中激战的战友骄傲！
在陈怀民的鼓舞下，中苏空军越战越勇，经半小时激战，击落日机二十一架，其中战斗机十一架、轰炸机十架，取得抗战以来最辉煌的空战胜利。武汉三镇掀起了祝捷的热浪，人们涌向王家墩机场，慰问凯旋的飞将军。第二天，冯玉祥为陈怀民赋诗一首，以纪念“四二九”空战，缅怀英烈：“舍身成仁同归尽，壮烈牺牲鬼神气。”
人们在清理被陈怀民撞落的那架日机残骸时，发现了日军飞行员高桥宪一的妻子美惠子的照片，以及美惠子写给丈夫的信，信中充满了凄凉、孤独和对丈夫的缱绻之情。陈怀民的妹妹陈难读了这封信，提笔写下《一封致美惠子女士的信》。她愤怒地控诉日本军国主义者制造侵华战争的罪行，表达了对美惠子的关心。这封信拨动了亿万人的心弦。武汉各报相继刊登，电台将它译成多种语言，向全世界广播。香港《读者文摘》把美惠子和陈难的信一起刊出，并介绍她们的通信。这件事轰动了全球，形成强大的反法西斯舆论。
日本空军遭到重创后，在一个月内没有再敢进犯武汉上空。直到５月底，日军才恢复对武汉的空袭。
在此期间，发生了一件令日本人瞠目结舌的事情。５月１９日下午，两架马丁式СБ－１０轰炸机，从汉口王家墩机场升空向东飞去，这两架飞机的飞行员，是徐焕升和佟彦博。轰炸机上装载的不是炸弹，而是写给各界日本人的二十万张传单，上面写着：
中日两国有同文同种、唇齿相依的亲密关系，应该互相合作，以维持亚洲和全世界的自由和平；日本军阀发动的侵略战争，最后会使中日两国两败俱伤，希望日本国民唤醒军阀放弃进一步侵华迷梦，迅速撤回日本本土。
徐焕升和佟彦博驾机经过南昌和衢州，到达宁波前进阵地加油，然后直飞日本，在第二天下午抵达九州上空，一路奔袭，向长崎、福冈、久留米和佐贺等主要城市及四国的部分地区散发了传单，然后安全回国，分别在玉山和南昌机场降落。
日本上空来了中国飞机，全国骚动，惊恐万分。徐焕升后来回忆道：“当时，日本的防空哨戒能力相当幼稚，我们进入日本上空时，并未被发现；直到完成任务离开日本，俯视眼底的都市才刚刚在实施灯火管制。及至天明飞回到我国东海岸上空之际，接到地面联络，得知在上海、杭州一带有多架日本飞机升空拦截我们，但我们则掩蔽在云雾中安全返航。”
这次针对日本本土的“人道飞行”，没有投掷一颗炸弹，也没有人流血，只是实施了“纸弹轰炸”，使日本政府非常难堪，在国际上引起了深切关注，国内外舆论一致称赞中国翱翔在天空的雄鹰。
接下来，在５月３１日上午，日本海军第十二航空队的十一架战斗机袭击武汉。苏联志愿航空队“正义之剑”大队的三十一架战机立即升空，爬到一千五百米高度，作为主力迎敌。与此同时，中国空军的十八架战机也爬上二千四百多米高空，构成立体纵深的空战态势。
１２点左右，飞入武汉上空的日机，见中苏空军已排好队形迎战，急忙掉头回窜。中苏空军近五十架驱逐机扑向日军机群，击落几架日机。其余日机掉过头来，正要激战，中国另一个机队赶来增援，又连续击落几架日机。苏联飞行员古班柯击落一架日机，机枪子弹打光了。还不愿撤离战场，开足马力，向一架日机猛撞，将它的机翼撞断。失去一条机翼的日机一头栽向地面。古班柯驾驶负伤的飞机安然返回。
这次空战击落日机十四架。作家老舍描写了当时的盛况：“看到敌机被我机打伤，曳着黑烟逃窜，走着走着，一团红光，敌机打几个翻身，落了下去，有多么兴奋、痛快呀”
至此，中苏空军在武汉上空与日军进行了三次大空战，共击落日机四十多架。６月５日，国民政府在汉口举行隆重的追悼大会，悼念在空战中牺牲的空军官兵。武汉三镇万人空巷，人们涌向会场默悼。中共中央代表参加悼念，周恩来代表中共中央驻汉办事处献上花圈和写着“义薄云天”的横幅，挽联上写的是“捐躯报国”。
武汉空战的胜利，当然应该感谢苏联雪中送炭。苏联空军志愿队支援中国抗战，始于１９３７年１０月。从苏联阿拉木图经中国兰州到汉口的航线开通以后，就有二百五十四名苏联飞行员和机械人员组成第一批苏联空军志愿队，分别由马琴和库尔丘莫夫率领，驾驶二十一架СБ轰炸机和И－１６战斗机来到中国。１０月２１日，由四百四十七人组成的第二批苏联空军志愿队，在阿拉木图集中，出发来到中国，与第一批人员共同组成四个大队，拥有一百二十四架飞机。１１月，波留宁率领第二批СБ轰炸机来到中国，驻扎汉口机常１２月底，由勃尔盖维森斯基率领的И－１５战斗机大队分三批来到中国，驻扎南昌机常武汉和南昌成为苏联空军志愿队的中心基地。