1941年12月21日上午，日本空军27架轰炸机轰炸了英国皇家空军在缅甸土瓦的前进基地。下午又有日本空军1架侦察机在7600米高空，对缅甸仰光明加拉顿机场进行侦察。陈纳德立即告诉驻仰光志愿队第3中队的飞行员们，日军近两、三天可能空袭仰光明加拉顿机场，要求他们随时做好战斗准备。
12月23日，日本空军54架97式/三菱Ki-21-11b陆上轰炸机，在12架97式/中岛Ki-27b陆上战斗机和8架三菱A6M2“零”式战斗机的掩护下突袭仰光，美国志愿队第3中队起飞15架P-40战斗机、英国皇家空军起飞18架布里斯托尔“英俊战士”Mk.IF战斗机迎敌。志愿队第3中队起飞后即分为两个小组，分别由乔治·麦克米兰和帕克·杜邦率领，在5000米空中警戒巡逻。日军从泰国曼谷起飞的轰炸机和从泰国达府起飞的战斗机，在马达班湾上空汇合后向仰光飞来。当日军轰炸机低达仰光上空时，在高空等待的乔治·麦克米兰率领队员立即俯冲下来，猛烈开炮，队员R·T·查理· 奥尔德击中敌带队长机， 志愿队带队长机乔治·麦克米兰连续击落2架敌机，队员R·T史密斯击落1架敌机，直到子弹打完。正当乔治·麦克米兰小组与敌机打得难解难分之际，帕克·杜邦小组赶来支援，很快就击落2架敌机。尼尔·马丁带领2架P-40从敌编队侧翼进攻，当尼尔·马丁俯冲接敌时，后上方的3架敌战斗机一齐向他开火，他的飞机被击中，翻滚着栽到地上。尼尔·马丁成为美国志愿航空队在空战中的第一位烈士。经过一番激烈空战，美国志愿队和英国皇家空军编队的油料和弹药都所剩无几，于是两个编队都准备返回基地。日军仗着飞机多有优势，一面追赶美国志愿队和英国皇家空军编队的飞机，一面对仰光城市和明加拉顿机场进行狂轰滥炸，“零”式飞机还对拥挤的街道进行低空扫射。许多市民从家中出来看热闹，结果被打死打伤，明加拉顿机场跑道及设备被炸坏。这次空战美国志愿航空队击落6架敌机，被击落1架。被击伤2架，其中1架飞行员弃机跳伞损失1架，另1架掉进炸弹坑，飞行员吉尔伯特牺牲，损失飞机共3架，牺牲飞行员2名；英国皇家空军击落7架敌机，被击落11架，牺牲飞行员5名。
布里斯托尔“英俊战士”Mk.IF战斗机：乘员2人，
1940年英国布里斯托尔飞机股份有限公司制造，机长12.50米、翼展17.63米、机高4.83米，
装2×400马力“大力士”XI型14缸气冷星型发动机，全重9500千克，最大速度516千米/小时，
升限8000米，航程1890千米，武器4门20毫米机炮、6挺12.7毫米机枪。
1941年12月23日，美国志愿队第3中队在仰光明加拉顿机场上空与日机空战，
取得击落6架敌机的战果。这是第3中队的飞行员在P-40战斗机前合影。
96式/三菱Ki-21-11b陆上轰炸机：乘员3人，1941年日本三菱工业公司制造，
机长7.53米、翼展11.31米、机高3.25米，装2×530马力Ha-101型14缸气冷星型发动机，
全重10632千克，最大速度486千米/小时，升限5000米，航程2800千米，
武器1门20毫米机炮、4挺7.7毫米机枪、可带炸弹1000千克。
1942年3月21日，日军对美国志愿队马圭基地进行大规模空袭，造成不小的损失。
1941年12月25日圣诞节，日本空军出动“九七”式轰炸机60架，在18架“零”式飞机的掩护下空袭仰光，美国志愿队起飞拦截，击落敌机12架。为了减少损失，日本空军改变了战术，改为夜间袭击。仰光的夜间防空作战任务由英国皇家空军担负，美国志愿队则在白天突击泰国境内的日军机场。1942年1月10日，美国志愿队出动P-40战斗机9架同英国皇家空军6架飞机空袭了日军在泰国的一个空军基地，击毁敌机24架、卡车3辆，并扫射了敌人部队。2月中旬新加坡陷落后，日军加强对仰光的空袭，每天出动100多架飞机轮番袭击仰光。2月25日，日军地面部队开始对仰光发起总攻，出动200架飞机协同地面部队作战，美国志愿队和英国皇家空军只有15架飞机应战，经过艰苦奋战，美国志愿队击落敌机12架。26日日军出动200架飞机再次空袭仰光，美国志愿队只有6架P-40飞机可以参战，空战中美国志愿队又击落敌机12架，自己无一伤亡。27日美国志愿队被迫撤出仰光，移驻仰光以北400千米伊洛瓦底江畔的马圭基地。
3月21日，日军54架97式/三菱Ki-21-11b陆上轰炸机在20架“零”式战斗机的掩护下，突然袭击了马圭基地，美国志愿队损失6架P-40战斗机。陈纳德在昆明接到这一消息，决定对日军进行报复。3月23日，驻昆明的美国志愿队10架P-40战斗机突然袭击了日军在泰国的清迈机场，整个机场一片火海，40余架日军的轰炸机和战斗机全部摧毁在地面。这时，中国政府又从美国购买20架改进型P-40E战斗机，交给美国志愿队。因听说志愿队将归并陆军航空队，有些队员不愿再过正规部队的紧张生活而自动离职。到4月中旬，美国志愿队共有空、地勤人员21人，作战飞机36架，正在修理的飞机39架。
美国志愿队第3中队飞行员达克·海德曼很快就掌握了
陈纳德的空中游击战战术，高兴之余他在P-40战斗机前照相留念。
陈纳德的志愿队对日军在泰国和缅甸的空军基地进行突然袭击，采取“打了就跑”的游击战术。为此，日军采取报复措施，不断空袭美国志愿队的基地。为了减少损失，志愿队在几个基地之间不停地转移，日军搞不清美国志愿队到底在哪里。同时，在机场放上装满干草的假P-40飞机。当日军发现目标并进行轰炸时，它们就会燃烧起来，使人信以为真。
马圭基地被日军攻占后，美国志愿队移驻中缅边境云南境内的垒允，这里有一座从杭州迁来的飞机修理工厂。4月29日是日本天皇的诞辰日，陈纳德估计日军会在前一天袭击垒允，他命令志愿队做好战斗准备。果然4月28日早晨，日军出动27架97式/三菱Ki-21-11b陆上轰炸机和大批“零”式战斗机攻击垒允基地。志愿队的P-40战斗机早已在空中待战，完成任务后不回垒允，而在芒市一个辅助机场降落。日军飞机在途中遭到P-40战斗机的突然攻击，被击落8架，而美机无一损失。当天，日本陆军攻占缅北重镇腊戍，这是滇缅公路缅甸境内的起点。腊戍的陷落，不仅使滇缅公路这一重要国际交通线被切断，也使美国志愿队在垒允的处境十分危急。他们被迫焚毁了正在垒允修理厂修理的22架P-40战斗机，撤退到云南保山、云南驿等基地。
日军攻占腊戍后，沿滇缅公路长驱直入，5月3日，日军占领云南边境重镇畹町。很快，日军已抵进怒江西岸，中国军队在退却时破坏了连接怒江两岸的铁索桥，但日军带有架桥器材企图架桥强渡怒江。怒江是横在中、缅两国之间的一道天然屏障，如果日军突破怒江天险，敌人将长驱直入进入昆明。怒江上的断桥和陈纳德的“飞虎队”成为日本人通往昆明道路上的障碍。5月4日，日军出动50架轰炸机和战斗机对保山基地进行轰炸，志愿队查理·邦德单机起飞拦截，击落2架敌机。本·福希在登机准备起飞时，被日机炸死。5月5日，日机再次空袭保山基地，志愿队起飞9架P-40战斗机拦截，击落敌机9架敌机。5月6日，蒋介石命令陈纳德的美国志愿队全力以赴袭击怒江与龙陵之间的敌军。5月7日至9日，美国志愿队出动P-40C和P-40E各4架，猛烈袭击怒江峡谷中的日军。同时，中国空军也连续出动20余架次战斗机，轰炸、扫射龙陵、芒市、腊戍及怒江西岸的日军，日军伤亡惨重，不得不退回龙陵。此后，日军与中国军队在怒江两岸隔江相持两年之久，日军没有能够再前进一步。
5月12日得知日本空军飞机在越南河内嘉林机场集结，美国志愿队出动10架P-40战斗机空袭，击毁敌机16架。随着战局的变化，日军地面部队向北推进，在缅甸的美国志愿队也逐渐向北面中国云南方向转移。
日军地面部队企图逼进中国进行持久战的关键地点——昆明。陈纳德将美国志愿队的指挥部和基地设在昆明，说明陈纳德非常重视昆明。美国志愿队调5架P-40战斗机进驻保山，掩护从缅甸撤出的美国志愿队车队；在保山和昆明之间的云南驿设置1个无线电台及1支后勤支队，为过往的P-40战斗机提供后勤支援。
陈纳德关于双机、三机编队（后来发展为四机编队）协同作战的思想，在美国未受到重视，但在中国战场，他却大胆地在实战中运用。他根据日本空军在飞机数量上占绝对优势及作战特点、双方飞机的性能，制定了利用高度优势俯冲攻击，采取“打了就跑”的游击战术，在空战中取得了积极战果。从1941年12月至1942年6月，美国志愿队在缅甸、中国、泰国和越南作战7个月，共参战56次，战斗出动1500余架次，击落、炸毁敌机297架（有的资料为219架，其中空中击落171架；日本人报告实际损失89架。战争中，敌对双方公布的战果、损失出入相当大是常有的事），被击落12架、地面损失61架（包括在垒允自行焚毁的22架）。人员伤亡：空战中牺牲4人，被地面炮火击中阵亡6人，地面被炸死3人，被日军俘虏3人，还有15人在飞行事故中殉职。产生了32名王牌飞行员（击落5架敌机的飞行员称为王牌飞行员），大多数美国志愿航空队队员获得中国政府颁发的勋章，有15名飞行员荣获英国和美国的优异飞行十字勋章。
陈纳德的作战指导思想及空战战术，在后来的一系列空中作战行动中证明是正确的，并逐渐为美国军方所接受。陈纳德多年来苦心探索、研究，创造的空战术，在实践中得到了检验，并终于得到了军方正式认可，这是他一生中最大的荣誉。陈纳德曾经说，他领导美国志愿队，是他一生中最有意义的经历。
1942年6月，地勤人员将修复的P-40战斗机用卡车支撑机尾，使飞机保持水平姿态校正机枪。
美国志愿航空队人员在P-40战斗机前合影留念，站立者汤姆·海伍德和阿维德，
坐地者（从左至右）R·T·史密斯、肯·杰恩斯代德
、罗伯特·普雷斯科特、C·H·劳克林和威廉·里德。
这架志愿队第2中队P-40B战斗机上喷有5面日军军旗，
说明他的主人已击落5架敌机。这是第2中队的队员们与战机的主人合影留念。
这是一位私人收藏家收藏的1架完全按照当年“飞虎队”战斗机涂装的P-40战斗机。
从飞机涂装可以看到机身有“天使”标志，应该是美国志愿队第2中队的1架P-40B战斗机；
驾驶舱旁有7面日本军旗，说明这架飞机的飞行员曾经击落7架日本飞机。
这架P-40B战斗机不时出现在各种航空展览会上，有时还进行飞行表演。
据说这种飞机全世界不足10架，十分珍贵。
美国志愿队在昆明首次空战胜利受到世界报刊的广泛关注，仰光后来的空战连续取得胜利，更是激起了全世界人们的好奇心。英国首相丘吉尔向英国驻缅甸总督发电报称，“这些美国人在缅甸稻田上空所取得的辉煌胜利，如果不是在规模上，那么在性质上可与皇家空军在英伦空战的肯特果园和酒花田上空进行的空战所取得的胜利相媲美”。美国合众社、联合报社、《纽约时报》、芝加哥《每日新闻报》和《时代——生活》杂志等新闻机构都派记者到昆明采访陈纳德和美国志愿队。他们每发表一篇报道，“飞虎队”的传奇色彩就增加一层。志愿队人员曾听到旧金山KGEI电台播发的一篇评论，称“飞虎队”是世界上作战最勇敢的部队。这家电台还专门用10多分钟时间宣传“飞虎队”的战绩，使“飞虎队”队员们感到无比自豪。
这些曾为中国抗战做出过贡献的美国志愿队队员们，曾长期为自己的名誉和待遇问题而困扰。当时美日尚未宣战，美国志愿队是由非官方机构出面组建，队员们秘密抵达中国，以中国政府雇用的志愿人员名义参战。战争结束后，美国政府认为该组织与政府毫无关系，因而这些人不能享受退伍军人的待遇。他们经过长达四十多年的抗争，终于在1991年7月，经美国国防部的一个特别委员会裁定：美国志愿队1941年赴中国是“执行作战任务”，并“从美国参战之日起归属美国武装部队统辖”，因此志愿队队员应被视为美国军人。虽然这时志愿队军人只有26人还健在，但第二次世界大战留下来的一桩积案，总算有了公正的结论。中国人特别是经历过抗战时期的中国人，都为他们感到高兴。
