時間：民國30年12月9日至33年8月8日
自太平洋戰爭爆發至抗戰勝利，中國由獨立對日作戰，轉為中、美、英、俄四國併肩作戰。本時期戰略指導要點：在牽制日軍不能抽兵南進，以利盟軍太平洋及緬甸方面作戰。故空軍全般作戰構想主在獲得戰場制空權，以減輕陸軍部隊空中威脅，兵力運用則以驅逐機出擊，強行轟炸敵重要基地，攻擊敵陣地與機械化部隊，及交通線主要橋樑渡口與船舶車輛等。此時期我空軍獲得美援，並成立中美混合團，空軍兵力益趨雄厚，除保衛都市與截擊日機外，並不時出擊日軍機場。本時期重要空戰計有：
■民國31年：第三次長沙會戰、浙贛會戰、滇西保衛戰等。本年我國空軍開始接受美式新機，及駐防於昆明之美國志願隊(飛虎隊)協防，開始向漢口、岳陽、廣東、三炤島、南昌、臨川以及香港、緬、越出擊，轟炸日軍機場及軍事設施、水陸交通等，予敵重大損失。
■民國32年：轟炸荊門機場、鄂西會戰、梁山空戰、常德會戰、荊宜空戰、轟炸臺灣新竹機場等。3月，美國派第14航空隊至中國作戰，10月1日中美空軍混合團正式成立。6月6日日機偷襲梁山機場，在轟炸中，23隊中隊長周志開冒險起飛，擊落日軍轟炸機3架，戰績輝煌，蒙委員長召見，並頒授青天白日勳章。
民國33年：本年美援機陸續到達，俄式機已全部汰除，我空軍戰力倍增。日軍已無力對我發動大規模之攻擊，僅能以少數轟炸機與戰鬥機，擾亂我各地機場，企圖妨礙我機及盟機之出擊，但空優掌握在我，日軍遇我攔截立即迴避，我全年實施防空作戰僅24次。空軍於中原會戰、長衡會戰、桂柳會戰、滇西緬北會戰期間，共出動各型機約6,000餘架次支援陸軍作戰，對東南沿海、平漢、津浦、隴海、粵漢、湘桂等鐵路之重要設施、車站、黃河鐵橋等廣泛轟炸，並對戰場上之阻絕目標持續轟炸。
