当陈纳德即将结束对中国空军的检阅时，抗日战争爆发了。战争是检验他空战理论的机会，他决心在蓝天上实现自己的抱负。他立即给蒋介石发了一份电报，表示愿意在他力所能及的任何岗位上服务。蒋回电，接受了陈纳德的志愿服务请求，要他“去南昌主持那里的战斗机群最后的战斗训练”。根据蒋介石的要求，陈纳德招募了部分美国飞行员，组建了14志愿轰炸机中队。
8月1937，松湖之战开始。第二天，陈纳德派了一架飞机去参战。虽然轰炸机没有击中目标，但中国战斗机赢得了当天的空战。1937年6月，中国只剩下10多架飞机，多名中国飞行员遇难。
陈纳德设法雇用了4名法国人、3名美国人、1名荷兰人和1名德国人，加上6名幸存的中国轰炸机飞行员，组成了一个“国际中队”。他们成功攻击了敌占区的几个目标，引起日军恐慌。但是有一天下午，日本飞机袭击了机场，导致国际中队的飞机全部被炸毁。
根据陈纳德与中国航空委员会的三个月合同，他的顾问任期将于10年到期。后来，蒋介石和宋美龄邀请他留在中国参加抗日战争，他坚决留了下来。他们也没有谈续约，只是每个月给他发一定的工资。
当时，美国政府对日本侵华战争采取“中立”态度。日本人知道在中国有美国顾问帮助中国，就要求美国下令所有在中国的美国空军人员离开中国。当国务院把这一情况告诉陈纳德时，陈斩钉截铁地回答:等最后一个日本人离开中国，我就愉快地离开中国。
1937 12、南京沦陷，陈纳德随军队撤至汉口。此时中国的空军几乎损失殆尽，只能依靠苏军飞机来守城。1938年4月29日是日本天皇的生日。陈纳德和中苏两国空军指挥官决定，这一天不进行空袭，决定惩罚日本侵略者。为了引诱日本飞机进攻，陈让中苏飞机假装离开汉口，飞向南昌。飞机起飞后在武汉上空盘旋，让人们(包括日本间谍)看到他们撤离，然后当晚溜回机场。
29日上午，日机从芜湖机场起飞，轰炸机在战斗机的掩护下飞越武汉上空。陈纳德提前察觉到日军飞机从芜湖到汉口只有一个来回的汽油，于是派出20架战斗机在城南拖住日军战斗机，使其消耗大量汽油。市内安排40架苏军飞机在高空伏击。日机返回芜湖时，轰炸机和战斗机是分开的。日本战斗机因为缺乏油料而不敢保护轰炸机。一队中国和苏联飞机攻击轰炸机和一队攻击战斗机，击落36架日本飞机，只有3架逃跑。这就是皇帝生日的惨败。
1938年8月，根据宋美龄的要求，陈纳德前往昆明筹办一所航空学校，培训中国飞行员。他在昆明极其恶劣的条件下对学员进行严格的训练，很多人中途被淘汰。
1940之后，苏联空军援助中国的人员陆续撤回，中国空军在数量上处于绝对劣势，尤其是缺少飞机。此时中国空军与日本飞机的比例为1: 53，日本完全控制了中国的制空权。
1940年5月20日，蒋介石召见陈纳德，要他去美国争取尽可能多的作战物资。陈纳德回到美国后，虽然在美国军政界没有多大分量，但他宣扬中国人民抗战，寻求各方援助。罗斯福总统的两名助手被陈纳德的游说所感动，同意陈纳德在罗斯福面前建立空军的计划。罗斯福决定向中国提供军事援助，以拖住在中国的日本人。
陈纳德几经周折终于得到了100架P-40战斗机。1941 4月14日，罗斯福总统签署命令，允许脱离陆军和海军航空兵的预备役官兵加入美国在华志愿队。1941 7月中旬陈纳德回国时，68架飞机、11150飞行员、150机械师等后勤人员已抵达中国。
1941 8月1日，蒋介石发布命令，正式成立中国空军美国志愿军旅团，任命陈纳德上校为旅团司令。陈纳德立即开始对志愿队成员进行特殊训练。当时条件很艰苦，最后有几个人辞职了。经过几个月的训练，志愿者的技战术水平有了很大的提高。
1941年11月，陈纳德将美国志愿军大队组织成三个中队。1队是“亚当和夏娃队”，这个队的所有飞机都有亚当围着苹果追夏娃。第二支队伍是“熊猫队”。这个队的飞机上画的是飞行员的漫画，而不是熊猫。第三支队伍是“地狱天使”，这支队伍的飞机上都画着姿态各异的裸体天使。
1941年65438+2月7日，陈纳德率领1中队和2中队到达昆明。20日，一批日军飞机向云南方向飞来，昆明机场所有飞机起飞迎击，取得开门红。日本入侵10飞机，6架被击落，3架受伤。志愿队没有损失1架飞机。志愿军首战告捷，给了饱受日军飞机轰炸的昆明人民极大的鼓舞。
晚上，昆明各界为美国志愿队举行了庆祝活动。报纸头版报道了这场战斗，称美国志愿队的飞机就是“飞虎队”，从此飞虎队就成了志愿队的名字。12年2月23日，陈纳德派遣第三中队前往仰光与英军作战。在两个多月的空战中，美英战机对日作战31次，* * *击落日机217架。
1942年2月3日，宋美龄致电陈纳德，请他出任中国空军司令，军衔晋升为准将。陈纳德从一个鲜为人知的退役陆军航空兵上尉一跃成为全世界的新闻人物。在美国，太平洋战争开始后，各个战场上的消息都不好，战争处于黑暗时刻。这时，陈纳德率领一小群“士兵和石油人”取得辉煌胜利的消息突然引起了美国人的轰动和兴奋。陈纳德一下子成了美国家喻户晓的英雄，赢得了“飞虎将军”的美誉。
1942年5月，日军入侵缅甸，后又入侵云南。为了阻止日军强渡怒江，陈纳德指挥志愿军队伍连续进攻。在保山、腾冲、龙陵地区袭击日军运输队并试图渡过怒江的一批日军，几乎被志愿军的轰炸全歼。6月，陈纳德率领司令部和两个中队到桂林。12日，志愿军在桂林上空一举击落日军飞机8架，只有1受伤。桂林人民欢欣鼓舞，集资两万元慰劳美国飞行员。日军被打后，飞行员慌张胆怯，要求多派飞机。
1942年7月3日，陈纳德根据美国陆军部和蒋介石的命令，解散了美国志愿军，组建了美国陆军10航空兵团下属的以部分志愿军成员为主的第23旅。美国志愿军在中缅印支那作战7个多月，以空中损失12架、地面摧毁61架为代价，取得了击落约150架敌机、摧毁297架敌机的战绩。AVG失去了26名飞行员。
AVG解散后，该队留下的飞机和人员并入美国陆军航空兵第23旅，与驻扎在中国的16战斗机中队一起组成美国空军驻华特遣队，隶属于美军10空军。陈纳德被任命为美国驻中国航空特遣部队司令，军衔仍为准将。
日军得知志愿军解散后，将原本在南阳的第3飞行师调往中国，企图歼灭新组建的美国空军。7月，日本空军凭借数量优势，袭击了华中地区的美国空军基地。面对数倍于自己的敌军，陈纳德仍然采用志愿军的空中游击战术，以奇袭和机动打击日军。
到7月底，* * *已经击毁了2架日军战斗机和12轰炸机。我损失了5架战斗机和1架轰炸机。特遣队的初试，粉碎了日军一举歼灭华美空军的企图，也说明该队有能力对付数倍于自己的日军空军。