1、苏联空军志愿队为中国带来战机一千余架，扭转了中国空军的绝对劣势
早在1937年11月，斯大林会见中国军事代表杨杰时说，“制造飞机并不困难，难的是制造发动机。苏联可向中国提供发动机，飞机由中国自己制造……如果中国想站起来，应当发展自己的空军和炮兵。中国有能工巧匠，苏联提供设备……中国有了自己的空军、炮兵和石油，有自己的重工业，就能打败日本。”经双方协议，飞机制造厂建在新疆迪化（乌鲁木齐），对外称农机厂，至1942年基本完工。但后来因为盛世才推行反苏政策，苏联撤走了全部员工和设备。
中国订购苏联飞机，使用的是苏联对华信用贷款。关于苏联援华各类飞机总数，目前没有统一说法。曾来华出任工程兵高级顾问的卡利娅金称, 自1937年10月—1942年1月苏联供给中国各种型号的飞机1235架, 飞机炸弹215万颗。另外还供给了大量飞机的全套备用零件。很多志愿队队员直接开着这些战机，投入到了对日作战中。
2、苏联空军志愿队帮助中国训练了大批优秀飞行员，提升了中国空军的作战能力
要使中国空军获得与日军势均力敌的作战能力，仅仅提供飞机还是不够的，苏联更进一步地“授之以渔”，训练中国飞行员驾驶战机。苏联选拔来了日加列夫(后任苏联空军总司令，空军元帅)、雷恰戈夫（后任苏联空军司令，空军中将）、波雷宁(后任苏联空军后勤部长，空军上将)、赫留金(后任苏联空军副司令员，空军上将)等89名航空专家，也作为空军志愿队的组成人员，来中国帮助建立航空供应站、飞机修配厂，开办航空学校训练航空人员。
这些苏联航空专家先后帮助中国在兰州、伊犁、绥宁和成都等地创办了空军训练基地和航空学校，由他们亲自担任教官，对中国航空人员进行技术训练。伊宁航空教导队仅在1940年就培训出328名飞行员。他们在四年间，总共为中国培训了近1万名相关技术人员。
在武汉参加对日作战的苏联空军志愿队队员
为加快培训进度，还有一大批中国学员被送往苏联国内进行强化训练。1939年，即有中国飞行员1045人、领航员81人、无线电发报员198人、航空机械师8354人到苏联参加培训。中国飞行员掌握了援华飞机的性能、操作后，就以单机编入苏联机群，随苏联飞行队作战，学习射击、投弹、跳伞、滑翔、联络、领航等技术，最后编入中国空军建制单位。这种训练方法不仅提高了中国飞行员的技术，还加强了中苏两国飞行员在战斗中的默契。
3、苏联空军志愿队屡屡出击，曾奇袭日本在台机场，烧毁敌人三年的油料储备
为能在第一时间帮助中国抵御日军，苏联派出了志愿飞行员，直接参战。苏联志愿飞行员都有丰富的经验，并受过充分的训练，平均飞行8至10年，其中不少人以前是航校的教员（全体人员是从外贝加尔军区选拔出来的）。
在对日空战中，苏联空军志愿队战绩卓著，击落了数以百计的敌机。苏联援华飞行队很快投入战斗，先是一名大尉“小试牛刀”，他率领九架轰炸机，袭击了停泊在上海的日本军舰，炸沉军舰三艘，另有六搜军舰起火。这是“七七事变”以来，中国方面对日军的首次空战大捷。
南京沦陷后，中日主战场转向武汉。国民政府遂在武汉、南昌修建新机场，以便与日军开展空战。1938年2月18日，日军出动12架轰炸机，在26架战斗机护航下，轰炸武汉。苏联志愿飞行队起飞迎战，一举击落日机12架。苏联志愿飞行员由此获得“正义之剑”的美誉。
4月29日是日本“天长节”，也就是天皇生日。日军为向天皇生日献礼，出动飞机69架，前往武汉报复。被称为日本空军两张王牌的木更津航空队和鹿屋航空队也参加了这一次的行动。苏联空军志愿队再次升空作战，与日机激战三十分钟，以2架飞机的代价，击落日机21架。
5月31日，日本空军出动轰炸机18架，在36架歼击机护航下，第三次猛扑武汉，结果日机又在损失了14架飞机后失败。苏联飞行员古边科在子弹打光后，猛然撞向机，致使日机受伤坠毁，自已却驾机安然降落。古边科因此荣获中华民国金质奖章。
中苏空军还多次深入敌后，对日军机场等主要军事目标进行空袭轰炸。据统计，1938年1月至6月，轰炸日军机场累计达20次以上，炸毁炸伤日机百余架。其中最大的一次是苏联轰炸机队远征台湾。