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其中战斗机大多为苏制伊-15 和伊-16 式。伊-15 系双翼飞机，转弯半径小，机动灵活，但速度较慢一些。伊-16 是当时较为先进的单翼飞机，虽航速快，但机动性稍逊。通常两种战斗机取长补短、配合作战 。常常是伊-15 与敌机缠斗，伊-16 则通过俯冲，高速追歼。自从中苏空军联袂作战以后，士气高涨，而日本飞机损失剧增，致使日航空队基地被迫后撤 500 公里。
伊-153 战斗机挂油箱启动
武汉，1938 年苏联空军志愿队的飞行员们
1938 年 3 月，为充分发挥空军的威力，配合陆军作战，中国空军决定在南昌设第 1 路司令部，协同第 3、第 5 战区作战；在广州设第 2 路司令部，协同第 4 战区作战；在西安设第 3 路司令部，协同湖北、四川以北地区的中国军队作战。张廷孟、刘牧群、田曦三人则分任各路司令。调整后的中国空军结构更加合理、实力更加精干。不久，中苏两国空军勇士在武汉上空并肩作战，给予日本空中强盗以迎头痛击，打了好几个漂亮仗，这就是我抗战史上著名的“武汉大空战”。
我国腹地武汉，战略位置险要。抗战初期，国民政府虽宣布迁都重庆，但行政机关和军事统帅部门仍然驻扎在那里，成为我政治、军事指挥中心和抗战物资集散地。在 1939 年之前，武汉实际上是当时中国军政和经济的中心。
1937 年 12 月 13 日，国民政府军事委员会在武昌拟定了“军事委员会第三期作战计划”，作出了“以确保武汉核心、持久抗战、争取最后胜利为目的。应以各战区为外廊，发动广大游击战,同时新构筑强韧阵地于湘东、鄂西、皖西、豫西各山地，配置新锐兵力，待敌深入，在新阵地与之决战” 的战略决策。
为确保武汉大会战的顺利进行，在南京沦陷前后，中国军事当局就已将空军主力主动后撤到汉口、武昌一线，并在苏联政府的援助下，开始对飞行人员进行新引进苏式飞机的飞行培训。
而日寇军事统帅在占领南京之后得意忘形，竟狂妄地认为：只要攻占武汉，控制了中原大地，似乎就能让中国屈服。所以早在 1937 年的 9 月中旬，在调集主力向徐州进攻的同时，日本海军航空本部就秘密策划了从空中进袭武汉三镇的详尽作战计划。企图通过对武汉的空中袭击，摧毁我军作战指挥体系、军事生产基地和空军机场等，达到瘫痪中国军队交通运输的目的，为下一步从地面大举进攻武汉创造条件。9 月 24 日，日本海军木更津航空队的 14 架 96 式陆上攻击机（可译为三菱工厂制造的海军 96 式中型轰炸机,设计代号 G3M）首次空袭了武汉。当天敌机的飞行高度为 2,000 米，并投下大量炸弹。26 日，上海的《字林西报》根据路透社记者从汉口发来的专电，曾作过如下生动报道：
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