站在汉口的龟山蛇山上，已经能够看见远处战争的硝烟。
武汉位于长江中游，地处江汉平原，是平汉、粤汉铁路的交会点。前面说过，自1937年11月国民政府由南京迁至武汉后，该地实际已成为中国军事、政治、经济的中心和战时首都，战略地位十分重要。
继上海、南京保卫战之后，中日双方再次紧急动员了空前的兵力和装备，准备再进行一场殊死的决战。战役开始前，日军华中方面军司令部就决定：如同进攻南京一样，为了动摇中国军民抗日的信心，为他们进攻武汉扫清障碍，他们凭借着强大的空中优势，再次对武汉实施大规模“无区别”轰炸。
保卫武汉，护卫武汉领空，打破日本人的战略企图，成为苏联空军志愿队和中国空军的一项神圣使命。
在苏联紧急援助和支持下，损失殆尽的中国空军又迅速地恢复了战斗力。到1938年初，又组建了3个飞行大队。其中规模最大的第1飞行大队和第3飞行大队，都是由苏联提供的飞机和武器装备、进行人员培训的基础上组建起来的。与此同时，中国建军史上的第1个机械化师，也在苏联的援助下组建起来，并迅速形成战斗力。
在日本飞机不断轰炸武汉的同时，苏联空军志愿队和中国空军按照会战指挥部的部署，以其人之道还治其人之身，也开始主动出击，连续轰炸南京、上海等机场以及长江上的舰船。在对日军实施一连串的打击后，迫使他们将主要的航空力量撤退到了前线500公里之外。这样一来，日军拉长了战线，降低了空中攻击的效能。此外，面对苏联空军志愿队的不断打击，他们的轰炸机在进行空袭时，已必须由战斗机护航。
与日本人不同的是，苏联的SB轰炸机在这时的战斗中并没有战斗机护航，他们的轰炸机速度很快，即使在挂满炸弹的情况下，日军的95式和96式舰载机的速度也无法超越，并且日机火力不足，对SB轰炸机的威胁不大。波雷宁大尉在培训中国飞行员时讲道：“我们的SB时速超过日本战斗机，并不会受到太大的威胁。他们在向我们攻击时，我们强大的火力可以将其击退；如果需要，就飞机速度而言，我们完全可以脱离和对手的接触……”所以，自从苏联空军志愿队对日作战以来，对中国战场来说，在日本零式飞机还未投入战斗前，当时对中国威胁最大的还是飞机的数量，而非飞机的性能。
苏联空军志愿队连续主动出击，虽然给了日本人以沉重打击，但他们并不肯善罢甘休。1月26日，当日本华中方面军司令古川清接到南京机场被炸的报告后，气急败坏暴跳如雷，当即命令日本陆海军航空队要给苏联空军予以“毁灭性”的报复。
1938年1月27日，当天空中刚露出一线晨光时，日本9架重型轰炸机和18架战斗机，在沙岛庆吾少佐率领下，悄悄从上海机场起飞，远途奔袭武汉机场。他们到达武汉机场上空后，疯狂地对机场进行了轰炸，投下重型炸弹158枚。由于中国情报部门卓越的工作，日军这次行动早在中方掌握之中，因为我方没有足够的力量保卫武汉机场，此次苏联空军志愿队采取了疏散战术，在空袭警报响起之后，机场的所有苏联SB飞机都提前起飞，飞到了离机场50～60千米的空域避战——所以，当日日机只是轰炸了一个空机场。
到了2月中上旬，由于天气阴霾，云层很厚，日本飞机没再出动，这使武汉上空暂时清静了一二十天。
黎明前往往是最黑暗的。武汉会战即将打响，敌我双方都虎视眈眈对峙在前线，火烧眉毛刻不容缓。就在这段时间里，根据苏联国防部的命令，西北援华大通道上的车队、驼队不分昼夜地抢运着援华军用物资，各种武器装备源源不断地运到了兰州。在此期间，苏联方面特别是加快了飞机运输、组装和转场的速度，一架又一架轰炸机、战斗机不断从兰州转场到武汉、南昌、成都等地。2月上旬，由布拉戈维申斯基大尉率领的И－15战斗机大队分3批来到武汉。
到了2月中旬，在苏联的紧急援助下，中国空军的元气已得到极大恢复，又拥有了各种作战飞机390架，其中轰炸机160架、战斗机230架，使武汉空中的防卫能力得到加强。
2月17日，阴沉了多日的天空突然晴朗起来。
天气的好转，预示着中日双方残酷的空中格斗又将开始。2月18日上午7：50，武汉机场和孝感机场上，同时响起了防空警报声！当天上午，根据我方得到的情报，日军12架轰炸机在26架战斗机的掩护下，从九江机场起飞，准备偷袭武汉！
随着警报声响起，以逸待劳的苏联和中国空军飞行员，早已按捺不住战斗的冲动，他们飞速地冲向自己的飞机。不到5分钟，在武汉、孝感机场，发动起来的飞机已依次排列在跑道上。紧接着，一声令下，一架接一架的战斗机迅速升空，在4000多米的云空中，迎着日机飞来的方向扑去！
8：15，一阵巨大的轰鸣突然响彻在武汉上空。30多架日本飞机混合编队，气势汹汹地飞临郊区上空。日本飞机刚刚在东边出现一个个黑点时，隐蔽在高空中的29架苏联和中国空军飞机见状，一声呼啸，就像一只只鹰隼，毫不犹豫地就扑向日本机群！
此次苏联空军志愿队升空作战的飞机，是刚刚转场来到武汉的苏制N15和N16战斗机。苏制N15为双翼战斗机，由于它转弯半径小，机动灵活，但速度稍慢；而N16是单翼战斗机，航速达到每小时480公里，但机动性能稍差。两种机型都装有4挺“司高斯”高射速机枪，每分钟可发射1800发子弹，火力威猛。
苏中两国飞行员驾着飞机扑向日机机群后，按照事先拟定的战术，N15发挥它性能的优势，首先与来袭的敌机缠斗；N16的飞行员则看准时机，猛地从高空俯冲，追歼逃敌。中苏两国飞行员联袂作战，士气大振。一时间，武汉上空枪炮声声，火光闪闪，烟雾浓浓，雷电啸啸，呯呯嘣嘣的枪炮声响彻整个天空——飞机上下盘旋，左右翻滚俯冲，在你死我活的格斗中，一架又一架飞机中弹冒烟，一架又一架飞机起火坠毁。
又一场惊心动魄的空中厮杀！
由于当日能见度好，许多胆大的武汉市民纷纷钻出防空洞，亲眼目睹了这场残酷而精彩的空战。当时正在武汉的郭沫若先生，有幸观摩了这次空战，他在回忆中是这样描述当时情形的：
高高的蓝天上飘浮着几朵白云，高射炮弹在天空中爆炸开花，高射炮尖锐的呼啸声、飞机的低声轰鸣、炸弹的爆炸声、机关枪不停的达达声，全都汇成了一片无止境的雷鸣般的隆隆声，机翼在太阳光中耀眼地闪亮，忽儿上，忽儿下，忽儿左，忽儿右。英国人有一句形容激烈空战的专门术语，叫做dog fighting，意思是狗打架。不，我要叫这是eagle fighting，即‘鹰打架’，一些飞机突然起火，栽了下去，还有的在空中就爆炸了，天空就像是一幅惊天地泣鬼神的生动画面，紧张的30分钟过去后，一切又平静下来，真是一场激战！我军的战果是辉煌的：击落击伤敌机21架，我们只损失了5架——这就是苏联空军志愿队向侵略者亮出的“正义之剑”！
苏联空军志愿队继2月18日对日作战之后，在武汉上空，又连续对日军进行了几次激烈的空战。在1938年初，虽然日机对武汉进行了密集袭击，却遭到了苏联空军志愿队歼灭性的打击。在多次激战中，苏联飞行员击毙了许多所谓不可战胜的日本王牌飞行员，用中国历史学家彭明的话说，日本的“空中武士”、“四大天王”一个接一个被无情地消灭。
“2.18”武汉大空战的胜利，是自南京失守以后，中国空军在空战中取得的第一次重大胜利，极大地鼓舞了在艰难之中坚持抗战的军心和民心，激发了全国军民的抗日热情。2月20日，国民政府《中央日报》在头版刊发了社论。社论热情洋溢地写道：
我军从南京撤退之后，除了地面部队顽强地抗击着日军的进攻，取得持续的战斗胜利外，我英勇的中国空军，更是重振雄威，同仇敌忾，在空战中不断取得新的胜利。2月18日，我英勇的中国空军奋勇迎敌，与来犯的敌机进行激烈的空战，在战斗中一举击落日机11架、击伤数架！打得骄狂的日本人丢盔弃甲，溃不成军，继而狼狈逃窜。这是继淞沪会战以来，我国空军取得的又一重大胜利。这次空战，大灭了日寇的威风，大长了国人的志气……
同日，中国共产党《新华日报》专门发表了题为《庆祝空军胜利》的评论。该评论指出：
前日敌机侵袭武汉，我国空军，奋勇迎战，把敌机打落11架，这不仅是武汉防空的一次大胜利，同时也是中国整个军事上的一个伟大胜利。这个事实表明中国军民抗战到底的勇气和牺牲决心，也是以劣势的军事技术战胜敌人优势武力的信号。
同日下午，武汉各界纷纷发起祝捷大会，并在汉口举行追掉大会，公祭殉国的5位空战英雄。中国共产党中央委员会与第18集团军代表周恩来、叶剑英等亲临致祭。蒋介石及其夫人宋美龄在当天的挽联上写道：
武汉踞天下之中，歼敌太空，百万军民仰战绩；滂沱挥同胞之泪，丧我良士，九霄风雨招英魂。
中共代表周恩来、董必武、叶剑英、秦邦宪等人也送挽联1副，文曰：
为五千年祖国英勇牺牲，功名不朽；有四百兆同胞艰辛奋斗，胜利可期。