凡爾賽和約的簽訂宣告了第一次世界大戰的結束。戰敗國在軍事上受到了嚴格的制約，德國被禁止擁有空軍。與此同時，英、美、法等國也開始大量縮減空軍兵力，飛機的產量急劇下降，與戰爭後起相比減少了９５％。然而，各國對新式飛機的研製和空軍在戰爭中使用飛機的理論研究卻一直在悄悄地進行。在兩次世界大戰之間這一時期，雖然戰事"寂靜"，可小規模的空中作戰不斷，並使得空軍的發展和運用逐步走向成熟，空軍作為獨立軍種的地位也逐步被確定下來。
在兩次世界大戰之間，曾爆發過幾場局部戰爭，戰爭中空戰規模並不大，但它卻對空軍的發展起到了深遠的影響。各種新型飛機在戰爭中進行了檢驗，性能不斷改進；各種空戰理論和戰法在戰爭中進行了實踐並不斷加以完善，從而為空軍在第二次世界大戰中舉足輕重的作用奠定了堅實的基礎。
在內戰中成長的蘇聯空軍
１９１８年６月２３日。
在彼得堡西南１２０公里的哈拉爾茨高地上，一場激烈的戰鬥已經進行了整整６個小時。哈拉爾茨高地是彼得堡西南一個重要屏障。為奪取這一戰役要地，克拉斯諾夫匪幫集中了一個步兵團，在兩個騎兵連的配合下，向堅守高地的一個紅軍加強營發起了猛攻。戰鬥進行得異常激烈。紅軍打退了白匪連續６次進攻，但陣地上的部隊已經不足兩個連了。
戰鬥間隙，紅軍戰士急忙搶救傷員，整修工事，準備抗擊敵人更加猛烈的進攻。黃昏時分，調整後的白匪軍以新投入的１２輛坦克為先導，黑壓壓一片向哈拉爾茨高地壓了過來。高地被敵奪占已在所難免。
突然，遠處傳來飛機隆隆的馬達聲，只見４架雙翼戰鬥機從翼側向高地飛來。白匪陣中一片歡呼，以為是己方的飛機來對高地進行空中突擊。不料，飛機在快要飛臨高地時卻一個轉彎俯衝，扎向白匪進攻隊形，４架飛機幾乎同時投下了炸彈，緊接著開始對步兵和騎兵進行掃射。頓時，白匪陣中馬匹驚叫，士兵逃散，中彈的白匪一批批倒下。僅僅２０幾分鐘，白匪已完全失去了控制，敗下陣去。４架飛機飛至高地上空盤旋一圈，表示致意，隨後便消失在藍天中。
原來，這是紅軍首次使用從沙皇軍隊中接收的飛機支援地面作戰。在爾後的蘇聯內戰中，這支弱小的空軍由小到大，由弱到強，終於在二戰中成為世界上一支強大的空中力量。
蘇聯空軍是十月革命勝利後開始組建的。剛組建時它的規模很小，主要裝備是從沙俄軍隊手中接收的數量不多而且性能落後的飛機。飛行、器材和飛行人員都極端缺乏。
１９１８年，俄國國內反動派不甘心失敗，在各地發動了武裝叛亂，並得到了英、法、日、美等帝國主義國家的支持。德國和土耳其也趁火打劫，奪佔了克裡木和外高加索地區。在外國勢力扶植下，鄧尼金、克拉斯諾夫、高爾察克、尤登尼奇等匪幫相繼成立了傀儡政權，蘇維埃國家大部分領土被瓜分，紅色政權處於白匪的四面包圍之中，形勢萬分緊急。
以列寧為首的布爾什維克黨迅速擴編了軍隊。鑒於一戰中空軍表現出的日漸重要的作用，布爾什維克黨十分重視空軍的建設。在各方努力下，空軍力量迅速壯大，到１９１８年秋，
空軍航空兵支隊已猛增到８０多個，另外還建立了一個"伊羅亞·穆羅梅茨"重型飛機營。
連同繳獲敵軍和修復的飛機在內，飛機數量已達到４３５架。飛行員有２６９名，飛行觀察員５９名。空軍主要力量被加強給在各個方向作戰的方面軍、集團軍以及黑海艦隊和波羅的海艦隊。新擴建的空軍經過短暫的戰前訓練後迅速投入交戰。
１９１８年９月，喀山方向的白匪向紅軍發動了猛烈的進攻，為扭轉地面作戰的不利局勢，紅軍決定出動優勢的空軍力量支援地面部隊作戰。９月２８日，紅軍空軍首次出動了由２０架轟炸機和１８架擔任護航的殲擊機組成的機群對敵軍進行了集中的低空突擊。飛機到達敵部隊上空時，先由轟炸機實施瞄準投彈，密集的炸彈準確地落在了敵軍的進攻隊形中。頓時，白匪亂作一團。緊接著，擔任護航任務的殲擊機俯衝到低空，對敵軍進行了補充強擊。為了提高轟炸效率，彌補飛機的不足，一些殲擊機飛行員在起飛前還攜帶了兩枚４公斤重的炸彈。接近目標時，先投下炸彈，再用機炮或機槍進行掃射。這次空中突擊取得了良好的效果，不但大量殺傷了敵軍，而且打亂了敵軍的進攻部署，首次展示了紅軍空軍的強大力量。
在以強大機群突擊敵進攻部隊的同時，紅軍還編組了一些轟炸機小型編隊，對白匪軍的司令部、炮陣地以及補給營地進行轟炸。在空軍的有力配合下，紅軍很快扭轉了喀山方向的不利形勢，轉守為攻。在解放喀山的戰役中，為減少地面部隊在攻城作戰中的損失，航空兵支隊又對敵防禦陣地和城中兵力集結地進行了猛烈的轟炸和掃射。在紅軍強大的攻勢面前，白匪丟下喀山，倉皇逃跑。紅軍繳獲了大量武器、輜重和馬匹，其中還有１５架保存完好的飛機。
１９１９年５月至６月，為打擊高爾察克匪幫，紅軍組織了烏法戰役。為阻止紅軍強渡白河和奪占烏法，高爾察克將其３０萬大軍和新從英、法手中得到的８０餘架飛機全部投入戰鬥。當時擔任進攻任務的是紅軍東南方面軍南方集群，其航空兵數量僅有敵軍的一半。為了使處於劣勢的空軍能夠有效地支援地面作戰，司令員伏龍芝創造性地將南方集群的全部航空兵力量用於主要方向。
戰役發起後，南方集群所有的作戰飛機突然出現在主要作戰方向上空，在數量上對敵形成了絕對優勢，通過激戰擊落敵機１０餘架，牢牢掌握了局部制空權，使敵機不敢輕易進入主要方向上空。為了彌補飛機數量不足，紅軍航空兵大大提高了出動強度，不管天氣好壞，每天都要出動數次，從而有效地保證了地面主攻部隊突破敵人防禦，對敵達成了合圍。
在彼得格勒保衛戰中，英國干涉軍進行了武裝介入。年輕的紅軍空軍與老牌的英國空軍展開了較量。戰鬥中，紅軍採取了先發制人的戰術，派出了精幹的轟炸機編隊秘密潛入敵占區上空，對英軍飛機集中的奧爾克機場進行了突擊。突如其來的攻擊打得敵人措手不及，數架敵機被擊毀在機場停機坪上。英干涉軍空軍隨即進行了瘋狂的反撲，大肆轟炸彼得格勒。在英機準備返航時，蘇軍飛機從附近機場突然起飛，與英機展開了激戰。英機由於油料已消耗過半，因此急於撤出戰鬥返航。在追擊過程當中，蘇軍又擊落６架英機，打擊了英軍的囂張氣焰。
海軍航空兵也積極投入到彼得格勒的保衛戰中，組織編隊轟炸英軍艦隊。殲擊航空兵咬住了前來攔截的英軍飛機，數架轟炸機突破敵空中防線，準確命中了英國"復仇"號航空母艦。該艦起火後被迫退出戰鬥。
１９１９年夏，鄧尼金依仗其數個精銳師團和近２００架飛機，在哈爾科夫—庫爾斯克—奧廖爾—圖拉一線向紅軍發動了一次最猛烈的進攻，矛頭直指莫斯科。為徹底粉碎敵進攻企圖，紅軍除集結了大量地面部隊外，還從各個方向抽調了２９個航空隊１７０餘架飛機參戰，與敵展開了蘇俄國內戰爭史上規模最大的空戰。雙方空軍飛機數量相當。雖然鄧匪空軍飛機有一半以上是"一戰"以後英國生產的先進飛機，但其在空軍戰術運用上卻遠遠落後於紅軍，他們將飛機分散到各個作戰方向，因而失去了原有優勢。而紅軍得益於以往空中作戰的經驗，集中使用空軍兵力，抓住戰機，將敵各個擊破。通過數次大規模空中交戰，紅軍大大削弱了鄧尼金的空中力量。並配合地面反擊，挫敗了敵軍主力兵團，徹底粉碎了鄧尼金奪占莫斯科的企圖。
在整個國內戰爭時期，紅軍有３５０餘架飛機參戰，共出動了２萬餘架次，進行了１４４次空戰，向敵軍投彈近１００噸。此外，還成功地完成了進行空中偵察、通信、校正炮兵射擊、投撒傳單和其他宣傳品等任務。內戰使蘇聯空軍經受了鍛煉，積累了作戰經驗，提高了戰術水平。確定了空軍中各兵種的使用原則。其中，陸、海、空軍相互協同、航空兵支援地面作戰、把航空兵主力集中用於戰場主要方向形成局部空中優勢、以大編隊實施集中的密集突擊等原則，對後來，特別是對反法西斯衛國戰爭中的空軍運用提供了十分有益的經驗。
飛機向軍艦的挑戰
威廉·米切爾是美國空軍的奠基人，他為美國空軍的成長乃至世界海軍航空兵的發展做出了重大貢獻。他在一次飛機攻擊軍艦的"模擬戰鬥"中展示了飛機可能在海上作戰中表現出的巨大威力。這次"模擬戰鬥"所產生的影響甚至超過以往很多重大的空中作戰。
１９１９年３月，擔任美國陸軍航空局副局長的米切爾，鑒於第一次世界大戰的實踐，已預見到了空中武器的巨大潛力。他向當局建議：為保衛美國，必須建立一支與陸海軍具有同等地位的空軍力量，並提出空軍在未來的海上作戰中將大有作為，轟炸機將成為未來軍艦的"剋星"。美國應當大力發展飛機和航空母艦。
美國空、海軍當局對米切爾的建議表示出強烈的反對，對他提出的用當時威力還很小的轟炸機攻擊海上巨艦的主張更是嗤之以鼻。１９２０年１１月，海軍專門進行了一次飛機轟炸軍艦的實驗。海軍事後宣稱：飛機投下的炸彈對軍艦只能造成輕微的損壞，用飛機炸沉軍艦純屬無稽之談。
米切爾對實驗結果表示懷疑，他認為如果將２０００公斤重的炸彈投擲在船身周圍６米的範圍內，在吃水線下爆炸，就能夠爆破船底，使之沉沒。他給國會寫了報告，請求讓他親自組織一次飛機攻擊軍艦的"模擬戰鬥"。他的報告得到了國會的批准，並決定以繳獲的一艘德國舊戰列艦和兩艘退役驅逐艦為攻擊目標。由陸軍航空隊組織飛機進行轟炸。
米切爾挑選了８架馬丁型轟炸機組成了轟炸分隊，進行緊張的"戰前訓練"。在一些技術問題得到解決之後，他決定於１９２１年７月２１日在切薩皮克海灣口對"敵艦"實施攻擊。
這一天，許多軍政要人前來觀看這次具有歷史意義的轟炸行動。清晨，８架轟炸機從弗吉尼亞州的蘭格裡基地起飛，每架飛機攜帶８枚１２３公斤重的炸彈，編隊飛向目標。
到達目標上空後，飛機首先對德制"奧斯特弗裡蘭"號戰列艦發起了"攻擊"。只見４架飛機呼嚕著俯衝下來，投下炸彈。頓時，寧靜的港灣掀起了巨浪，炸彈在水下發出沉悶的爆炸聲，漸漸地巨大的艦身開始傾斜。緊接著另外４架飛機又對"奧斯特弗裡蘭"號進行了補充轟炸，３１分鐘後，整個戰艦已從海面上消失得無影無蹤了。米切爾和他的支持者們在岸上開始歡呼起來。大約一個小時以後，另外兩個目標——"新喬治"號和"巴傑尼亞"號驅逐艦也未能逃脫"惡運"，全部葬身海底。
１９２３年９月，米切爾又在哈特臘斯角附近故技重演，用１０架轟炸機擊沉了「弗吉尼亞"號和"新澤西"號兩艘退役戰列艦，
從而更加有力地證明了他的預見的正確性。雖然這些被擊沉的艦船都是固定目標，而且船上沒有任何防空火力，但結果卻無可辯駁地證明了飛機對海上艦船可形成巨大威脅。從此，沒有制空權的制海權受到了來自空中的挑戰，美國海軍開始重視加強迫海軍航空兵和航空母艦的建設。
空軍加速了意埃戰爭進程
對於埃塞俄比亞德爾那要塞來說，１９３５年１１月２日是災難性的一天。
德爾那要塞位於埃塞俄比亞東北部，是那卡巴亞部落的中心。它有１米多厚的石製城牆，城中還設有許多屯兵的堡壘。在這座方圓僅３平方公里的"石城"中，屯積了那卡巴亞部落最精銳的１萬多人的軍隊。
揮師西進的意大利侵略軍抵達德爾那城下時，被這一堅固的要塞擋住了去路。在３天的戰鬥中，意大利軍動用了２個師的兵力，但最終在德爾那城下扔下了上千具屍體而未能攻克。
１１月２日，德爾那幾乎一天未遭到攻擊。黃昏時分，士兵們開始走出堡壘，舒展一下緊張了幾天的身體。落日的餘輝灑向灰色的城堡，四周是一片祥和的氣氛。這時３架意機飛臨城堡上空，它們並未像往常一樣進行俯衝轟炸，而是在高空就將炸彈扔了下來。炸彈落地，爆炸聲異常沉悶。奇怪的是，炸點附近的人並未應聲倒下，但不一會兒爆炸散發出的一股股白煙便將一群群的士兵吞沒了——慘無人道的意大利法西斯使用了化學武器。中毒人數越來越多，埃軍只得撤出城堡。意軍不費吹灰之力便佔領了德爾那。
意大利對埃塞俄比亞的這場侵略戰爭是１９３５年１０月突然發動的，它動用了裝備精良的２５萬大軍，從三個方向向分屬埃塞俄比亞各部族的４０萬軍隊發動了進攻。
戰爭伊始，歐洲一些軍事家分析：埃塞俄比亞多為山嶽、荒漠和大森林，地形條件不利於意軍大規模機動，加之天氣炎熱，氣候條件惡劣，將嚴重影響部隊的軍事行動。因此，他們曾斷言意大利對埃塞俄比亞的侵略戰爭將是一場曠日持久的戰爭，至少需要６年的時間。意大利當局也作了長期作戰的準備。然而，佔絕對優勢的意大利空軍的參戰給戰爭進程帶來了意想不到的影響，其作用連意大利自己也始料未及。
１９３５年１０月３日，在意大利地面部隊發起突然進攻的同時，意大利空軍突擊了埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴的軍用機場，將埃軍僅有的幾架作戰飛機全部毀於地面，從而使意大利空軍在爾後的作戰中如入無人之境，充分發揮了其威力。
意軍在進攻的三個方向上都進行了陸軍與空軍的協同作戰。每次進攻之前，航空兵都為地面部隊進行航空火力準備，當衝擊開始時又以低空掃射和俯衝轟炸支援地面作戰。裝備落後而又缺乏訓練的埃軍，對來自空中的打擊束手無策，驚恐萬分。很多防禦部隊在意軍地面部隊到達前就已潰散。成批的埃軍丟棄陣地，逃入森林，企圖逃避意軍飛機的打擊。殘酷的意大利法西斯空軍向森林中投擲大量燃燒彈，引起森林大火，將大批埃軍活活燒死。對於埃軍設在山隘上的陣地和堅固要塞，意軍地面部隊久攻不下，空軍的火力突擊也效果不大，意侵略軍司令部竟然下令大量使用毒氣彈，致使毫無戒備的埃軍士兵很快失去戰鬥力甚至死亡。
在後期的平原作戰中，意大利空軍增加了出動強度，對埃軍地面防禦和退卻的部隊進行大肆轟炸，以彌補其炮兵和裝甲部隊力量的不足。在亞的斯亞貝巴外圍的一次追殲作戰中，意軍由於油料供應不濟，裝甲部隊的追擊行動被迫停止，騎兵部隊怕遭到埃軍合圍也不敢突出冒進，於是空軍完全替代了裝甲部隊和騎兵的追擊行動，一批批重型轟炸機和俯衝轟炸機連續出動，對埃軍進行不間斷的轟炸和掃射。由於埃軍防空兵器十分缺乏，幾乎對意軍飛機形不成威脅。投彈完畢的意軍轟炸機還經常向埃軍的騎兵部隊進行俯衝，低空掠過的飛機發出尖厲的嚎叫，使很多馬匹受驚，部隊混亂不堪。意軍的轟炸頻率高得讓人難以想像，經常是一個批次的轟炸還未完畢，下一批次的轟炸機已飛臨埃軍上空。連夜晚埃軍宿營地的火光也經常招來敵軍機群。在埃軍撤退的５天當中，意軍空軍共對其進行了５５０餘次空中攻擊，給埃軍造成了巨大傷亡。待這支部隊撤至亞的斯亞貝巴，已死傷、逃散過半，潰不成軍。
意大利空軍在戰爭中的另一"得意之作"就是進行了頻繁而有效的空中運輸。由於地形限制和埃軍小股部隊對意軍補給線的襲擾，戰爭初期意軍進攻部隊經常得不到補給。為了加強運輸力量，意空軍動用了大量運輸機為平地面部隊運送和空投部隊、裝備、彈藥、作戰物資和給養，保障了地面部隊持續快速的攻擊。意空軍運輸機部隊還成功地運載空降兵進行了數次空降作戰，飛機的高速遠距離機動能力常常使埃軍陷入四面被圍的困境之中。這個時期意軍對空中力量的成功運用，對爾後各國軍事空運的發展起到了很大影響。
由於意大利空軍在戰爭中發揮了巨大作用，僅僅一年的時間意軍便打敗了數量佔優勢的埃軍，攻佔了埃塞俄比亞全境。戰爭中，意大利空軍僅損失了９０餘架飛機。
意埃戰爭向人們展示了未來戰爭中掌握絕對空中優勢的一方，可以使其戰鬥力得到最充分的發揮。空軍在戰爭中的大規模使用無疑可縮短戰爭的進程。
新式飛機會戰西班牙
１９３７年８月２日，在西班牙南部上空，德、意、蘇、法等國最先進的飛機展開了一場會戰。空中飛機盤旋翻滾，追逐混戰，戰鬥機尖厲的吼叫聲不絕於耳。一架先進的蘇制⑽－１６戰機以其無與倫比的速度追擊著一架意大利製造的ＣＲ３２雙翼殲擊機，眼看距離越來越近，突然一架德制梅塞施米特－１０９戰鬥機從⑽－１６飛機上方俯衝下來，一束急促的子彈射向⑽－１６戰鬥機，只見⑽－１６戰機猛地向上拔起，子彈從其尾翼擦過。接著⑽－１６戰機向右一撇，與來襲的梅塞施米特－１０９戰機廝殺起來。
這是發生在西班牙內戰中的一個空戰場景。
１９３６年７月１７日，西班牙舊勢力不甘心失敗，發動了叛亂，向剛剛成立的共和國政府發動進攻，西班牙內戰爆發。戰爭爆發前，西班牙空軍還很弱小，只有４０架"紐波特—德拉熱"ＮｉＤ－５２型殲擊機，６０架"佈雷蓋－１９"型雙翼偵察轟炸機和２０架魚雷轟炸機。這些飛機都是落後的老式飛機，特別是轟炸機時速僅有１２０公里，帶彈量８０公斤，機上火力只有一挺機槍。殲擊機也多是第一次世界大戰時期的產品。較為先進的只有新購置不久的３架"憤怒式"殲擊機。
戰爭爆發時，西班牙的飛機大部分都掌握在政府軍手中，在初期的平叛作戰中，有效地配合了地面部隊作戰。但是，在戰爭爆發１０天以後，德、意法西斯公開干涉西班牙內政，對其進行武裝介入，並向叛軍提供大量武器裝備。７月２７日，德軍將首批援助的４０架飛機交到叛軍手中，其中有３２架容克－５２轟炸運輸機和８架亨克爾－５１單座殲擊機。這兩種飛機都是德國在２０年代後期研製的新機種。同時意大利也向叛軍派出了１２架ＳＭ·８１轟炸機和２５架ＣＲ３２雙翼殲擊機及志願飛行員。
德、意援助叛軍的飛機投入交戰後，立即改變了雙方空軍數量和質量的對比。通過兩次空中交戰，西班牙共和國政府軍的飛機損失慘重，叛軍奪取了幾個重要方向的制空權，在空中力量配合下，平地面部隊加緊了進攻，剛剛成立的共和國政府岌岌可危。為爭取國際支持和援助，共和國政府向全世界發出呼籲，請求各國給予援助，抗擊德意的武裝干涉。
法國政府首先慷慨響應，答應援助西班牙政府５０架波特茲－５４轟炸機。蘇聯應邀向西班牙派出了由軍事顧問、飛行員、坦克手、水兵和其他專業人員組成的志願軍，並陸續提供了大量當時蘇聯最先進的ＣＢ－２型轟炸機、Ｐ－５型偵察轟炸機和⑽－１５、⑽－１６型殲擊機。據統計，在１９３６年１０月至１９３９年２月的兩年半之中，蘇聯共向西班牙提供了６４８架飛機（西方統計資料為１３００餘架）、４００輛坦克和上千門火炮。此外，其他５４個國家的４．２萬名志願人員也紛紛來到西班牙，參加反法西斯戰爭。
反法西斯陣容的擴大，使德、意當局十分驚慌。它們不斷增加干涉軍的兵力。德國組建了由１萬人組成的所謂"兀鷹軍團"前往西班牙。"兀鷹軍團"主要由空軍力量組成，它擁有１個殲擊機大隊，１個轟炸機大隊，１個偵察機中隊，１個水上飛機中隊和部分地面保障部隊。在戰爭期間，德國還不斷將其新近研製生產出來的亨克爾ｂ－１１１型轟炸機、道尼爾－１７偵察機及梅塞施米特－１０９型殲擊機迅速運抵西班牙，更換"兀鷹兵團"的一些老式飛機。意大利也新組建了１個援外航空團，參加西班牙內戰。還有幾個殲擊、強擊、轟炸、偵察航空兵中隊也交給叛軍指揮。在戰爭頭兩年，德、意兩國共向叛軍提供飛機１６５０架、坦克１１５０輛、火炮近３０００門。
１９３６年底，西班牙交戰雙方的空軍力量都已遠遠超出了戰爭初期的水平，隨著飛機數量的增多，質量的提高，空中作戰的規模和激烈程度也在不斷加大。
戰爭開始後不久，交戰雙方首先展開了空運與反空運的鬥爭。摩洛哥是叛軍的主要集中地，叛軍首領佛朗哥急於將其在摩洛哥的部隊運回國內投入戰爭。德、意援助叛軍的容克－５２和ＳＭ８１轟炸運輸機部隊到達後，首先擔負起了從摩洛哥空運叛軍的任務。當時政府軍空軍還未得到大量外援，數量有限的飛機除用於支援陸軍作戰外，幾乎都用於截擊敵方運輸機。
１９３９年８月８日，據偵察報告，又有數十架敵方運輸機運送部隊到西班牙，而且護航兵力很少。政府軍立即出動了２８架ＮｉＤ－５２殲擊機進行攔截。不料，叛軍早有準備，運輸機編隊還未進入西班牙領空時，已有２個中隊的亨克爾－５１殲擊機從西班牙境內起飛加入編隊進行護航。政府軍飛機還未接近敵運輸機編隊，亨克爾－５１機群已迎了上來。ＮｉＤ－５２飛機性能落後，其速度和機載火力都遠不如敵機，格鬥中完全處於被動局面。一場空戰過後，政府軍損失了９架飛機，而叛軍僅有１架ＳＭ８１轟炸運輸機被擊落、１架亨克爾－５１殲擊機被擊傷。這次行動後，政府軍被迫暫停了大規模的攔截行動，而改用單機或雙機小編隊進行襲擾。待蘇聯、法國援助西班牙飛機到達時，敵方空運行動已基本結束。於是，援助飛機便主要用於奪取作戰地區的制空權和支援地面作戰。
當蘇聯志願軍空軍部隊部署到西班牙之後，政府軍方面的空戰任務很大一部分交由蘇聯顧問指揮。１９３８年７月的一天，蘇聯空軍顧問普圖欣得知叛軍在加拉皮尼廖斯機場集中了上百架飛機，準備第二天對政府軍進行一次大規模空襲。普圖欣採取了果斷的行動，他命令分散在３個機場的５個大隊近８０架⑽－１５、⑽－１６殲擊機，在敵空襲前對敵實施反空襲。接到命令的航空兵部隊連夜進行準備，利用夜暗掩護，飛向敵方機場。當飛機抵達加拉皮尼廖斯機場時，已是拂曉時分，從空中依稀可以看見機場排列整齊的飛機和忙於加油掛彈的人員。蘇聯志願軍空軍立即發起了攻擊。一架架敵機中彈起火，飛機的爆炸又引爆了周圍的加油車和裝載炸彈的車輛，機場上火光一片。幾架停在跑道邊的飛機強行起飛，剛剛離開地面便被蘇軍飛機擊落。半個小時以後，停在機場上的飛機大部分被擊毀，叛軍空軍遭受了巨大損失，很長一段時間未能再對政府軍採取大規模空襲行動。而蘇聯志願軍在這次戰鬥中僅被地面炮火擊落２架飛機，取得了輝煌的戰果。
在內戰中，雙方空軍在支援地面作戰的同時，還參加了海上作戰。１９３８年５月６日，在巴倫西亞附近的海戰中，蘇聯志願軍出動大量飛機配合政府軍海軍作戰，向展開的敵艦發起攻擊。轟炸機群集中突擊了一艘大型巡洋艦，巡洋艦中彈起火，在艦隊２艘驅逐艦的掩護下準備脫離戰場，返回自己的基地。新趕到的蘇聯志願軍ＣＢ－２轟炸機編隊奉命追擊該艦。轟炸機群對已脫離艦隊掩護的巡洋艦又一次發起了攻擊，很快將其擊沉，創下了在西班牙內戰中用飛機擊沉大型軍艦的記錄。
西班牙內戰是兩次世界大戰間規模最大的一次戰爭。在戰爭中，各軍事強國紛紛借此機會檢驗自己的武器裝備，修訂原有的作戰方法，制定出了新的戰術，輪訓了部隊，提高了戰術素質。如德軍在第二次世界大戰中主要使用的容克系列轟炸機就是在這次戰爭中肯定下來的；而道尼爾－１７２、亨克爾－１７７、梅塞施米特－１０９等機型則是通過這次戰爭的檢驗進行了改進。蘇聯空軍也在這次戰爭中檢驗了自己的飛機，改進了戰術，肯定了航空兵在支援地面作戰和奪取制空權中的重要作用，確立了集中使用航空兵兵力的原則。
哈勒欣河上空的較量
日本是一個２０世紀初期新崛起的帝國主義國家。
隨著其
經濟的發展，它在軍事上對外擴張的野心也日益膨脹。在短短的時間裡，它迅速擴建了一支與其國土面積很不相乘的數百萬之眾的軍隊，平空軍也發展成一支擁有數千架飛機的強大力量。對亞洲一些地區的侵略行為連連得手，更加助長了它的囂張氣焰。
然而，當不可一世的"日本皇軍"佔領中國東北後企圖繼續西犯時，卻遭到了迎頭痛擊。
第二次世界大戰爆發前夕，已霸佔中國東北的日本帝國主義者又企圖侵佔蒙古人民共和國和蘇聯的遠東地區。１９３９年５月１１日，日軍借口一名士兵被蘇軍打死，向中蒙邊境蒙方一無名高地發起進攻，並動用了１０餘架飛機對高地進行轟炸，很快奪佔了該高地。事後，蒙軍進行了反擊，戰爭逐步升級。
６月初，日本第６集團軍對蒙古發動了大規模進攻，並且動用了日軍在偽滿洲國境內的大部分飛機。由於當時蘇聯空軍在該地區駐軍很少，日本人很快奪取了哈勒欣河作戰地區的制空權。
蘇聯空軍緊急動員，從幾個邊境軍區抽調了８００餘架飛機趕至蒙古的前進機場，與日本航空兵為爭奪制空權展開了較量。６月１２日，日軍發動了第二輪攻勢，派出強大的機群對蒙軍和蘇軍的陣地進行突擊。蘇軍立即出動了６０架⑽－１５殲擊機截擊。突然出現的蘇軍機群，打亂了日軍毫無戒備的航空兵編隊，本來準備對地面進行強擊的日軍殲擊航空兵急忙應戰。⑽－１５殲擊機很快擊落了數架日軍轟炸機。日軍殲擊機企圖撕開⑽－１５的陣形，但蘇機一直保持編隊，前後掩護，使日機始終無隙可乘。２０分鐘後，日軍約５０架殲擊機加入戰鬥，它們從高處向蘇軍⑽－１５編隊發起了攻擊。蘇編隊指揮員立即命令部分兵力迎擊來敵。戰鬥在兩個高度層次同時展開，進行得更加激烈。蘇機已無法保持原有隊形，遂以單機與敵格鬥，空中一片混亂。雙方不時有油料耗盡的飛機退出戰場，立即又有新投入的兵力加入戰鬥，空戰規模越來越大。戰鬥最激烈時，交戰飛機多達２８０餘架。由於空中飛機密度過大，雙方都出現了誤傷己方飛機的現象。這次空中交戰持續了整整８個小時，蘇軍損失了３４架飛機，擊落擊傷日機５０多架。蘇聯空軍首次大規模參戰，給了日軍沉重的打擊。
６月１８日，日軍航空兵突擊蘇軍一個前進機場，蘇軍殲擊機部隊立即進行反擊，升空１２０架殲擊機，從幾個方向多批次突入敵陣，充分發揮其飛機數量優勢，對日軍飛機形成了多面攻擊的態勢。這次交戰，日軍損失慘重，轟炸機大部被擊落，共損失５６架飛機，而蘇軍僅有１４架飛機被擊落。
從６月２０日開始，蘇軍又從境內陸續抽調了８個大隊２００餘架最先進的⑽－１６殲擊機，以加強迫在作戰地區的空中優勢。⑽－１６殲擊機已經過改裝，裝備了新式的火箭彈。新式的⑽－１６飛機參加戰鬥後不久便顯示出其強大的威力。６月２６日，蘇軍出動了一個殲擊航空兵團共５０架⑽－１６飛機對距中蒙邊境６０公里的日軍干珠爾機場實施強擊。在接近機場時遭到６０架日軍殲擊機的攔截。⑽－１６殲擊機在遠距離發射火箭彈，日軍飛行員對這種遠射程大威力武器毫無戒備，中彈飛機當即凌空爆炸。短短幾分鐘便有６架日機被擊中。空戰持續了２個小時，直至雙方油料耗盡。這次交戰蘇軍以損失２架飛機的微小代價換取了擊落１９架敵機的勝利。
蘇日雙方在交戰地區上空爭奪制空權的戰鬥持續了近一個月，蘇軍憑借其飛機數量優勢和性能先進的武器裝備，到７月初已完全奪取了哈勒欣河地區上空的制空權。日軍航空兵此後未敢再採取大規模行動，蘇聯空軍此後轉為主要支援地面部隊作戰。
７月２日夜，日軍１萬餘人偷偷渡過哈勒欣河，拂曉時偷襲了哈勒欣河西岸的蘇軍陣地。當時蘇軍僅有１０００餘人在這一地區進行防禦，日軍很快佔領了巴莫查崗山地區的有利地形，並繼續組織部隊過河，向西發展進攻。為了將日軍消滅於立足未穩之際，７月３日７時，蘇軍出動了２００餘架轟炸機和殲擊機，首先炸毀了哈勒欣河渡口，阻止日軍繼續渡河，然後對日軍奪占的陣地進行密集突擊，突擊強度遠遠超過了蘇軍的地面炮火。日軍兩次出動飛機企圖接應被阻於哈勒欣河西岸的部隊，均被蘇聯空軍擊退。一天以後，前來增援的蘇軍裝甲部隊趕到，航空兵又配合地面部隊發起了反擊。在反擊發起前，空軍進行了長達半個小時的航空火力準備，摧毀了大量日軍臨時構築的工事。到５日凌晨３時，渡河日軍已徹底被粉碎，僅有少數殘餘部隊撤回到哈勒欣河東岸。在兩無的戰鬥中，蘇聯空軍還消滅了日軍３４架飛機，其中有２０架為俯衝轟炸機。
８月２０日，蘇蒙軍隊發起了全殲日軍第６集團軍的總反擊。這天清晨，蘇軍１５３架轟炸機在１００餘架殲擊機的掩護下開始對敵實施突擊。蘇軍機群飛過敵軍前沿，主要突擊敵炮兵陣地和裝甲部隊集結地。由於此時日本空軍已處於完全
被動地位，因此只能眼巴巴地看著陣地被蜂擁而至的蘇軍飛機炸得支離破碎。６時１５分，蘇軍地面部隊各種口徑的火炮對敵各種目標進行了２小時４５分鐘的火力準備。８點３０分，蘇軍再次出動２００餘架飛機突擊了日軍的前沿陣地和縱深預備隊，這種超強度的火力準備已經完全打亂了日軍的防禦部署。１５分鐘後，地面部隊以坦克為先導發起了衝擊，很快突破了日軍的防禦陣地。
２１日凌晨，日軍出動了臨時拼湊起來的４０餘架輕型轟炸機和少量重型轟炸機，在２０餘架殲擊機掩護下，準備突然襲擊蘇軍後方集結的重兵集團，企圖減輕地面防禦部隊壓力。早有準備的蘇軍幾個⑽－１６殲擊機中隊聞訊後立即起飛。剛剛開始轟炸的日軍機群發現了蘇聯飛機，慌忙扔下炸彈返航。一些飛機還未來得及投彈便掉頭逃跑。蘇軍航空兵緊追不捨，在追擊戰中又擊落敵轟炸機１０餘架，殲擊機６架。由於日軍倉皇投彈，命中率很低，絲毫沒有影響戰鬥的進行。
８月２６日，強大的蘇軍在蒙軍配合下已對日軍第６集團軍達成了合圍，日軍依托地形負隅頑抗。蘇軍航空兵接到命令，幾乎傾巢出動對被圍日軍進行輪番轟炸和掃射。經過了近一天的空中打擊，蘇軍終於於８月３０日全殲了日軍第６集團軍。
在哈勒欣河戰役中，日軍傷亡和被俘共６．１萬人，損失飛機６６０架；蘇蒙軍隊傷亡１８５００餘人，損失飛機２０７架。在戰役中後起，蘇軍航空兵牢牢掌握了制空權，有力地打擊了敵戰場上和縱深內的有生力量和技術兵器，加速了日軍的失敗。在空戰中為了節省兵力，蘇聯航空兵採取了殲擊機部隊在機場聽召喚逐次投入戰鬥的方法，取得了良好的效果。戰爭中，日、蘇雙方都取得了大量使用航空兵、航空兵支援地面作戰和航空兵與炮兵及坦克裝甲部隊協同作戰的豐富經驗。
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