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。
苏联空军总顾问雷恰戈夫获得情报，在台北松山空军基地有大批新式飞机部件正在组装，他决定发动奇袭。参与部署的波雷宁记录说：“所有飞行员都一反节假日的习惯——起床很早。需要再次检查飞机，检查加油量，挂上炸弹，确定航线和目标。雷恰戈夫这才允许起飞。要特别强调指出的是，航线是严格保密的，中国勤务人员谁也不知道。拂晓我们就飞临台湾海峡闪光的水波上空。我们没有氧气设备，感到喘不过气来，但是不能降低高度。失掉高度就等于失掉距离。”
雷恰戈夫兵分两路，一路是驻南昌的12架CB轰炸机，这是一支中苏混合编队；一路是驻汉口的28架CB轰炸机，全部由志愿飞行员组成。1938年2月23日清晨，两队飞机分别从驻地起飞，沿着最短直线航线，在5500米严重缺氧的高空飞行(当时机上没有氧气设备)。机群在抵达台北上空后，为了迷惑日军，使了一招“声东击西”，先继续向北飞行，尔后突然转向，返回松山机场上空，共投弹280枚，大部分准确地命中目标，炸毁约40架敌机。机群倾下全部炸弹后，安全返回武汉。
这次奇袭台北，中苏战机共炸毁日机40余架、兵营10座、机库3座，击沉击伤船只多艘并毙伤大量日军，使日军在台北的机库、港口设施遭到严重破坏，松山机场完全处于瘫痪状态，损失了三年的油料储备。日本将台湾行政长官撤职，军事基地主任送交军事法庭，机场警备司令剖腹自杀。航空委员会秘书长宋美龄专门设宴为苏联空军出击台湾胜利庆功。
袭击松山机场后三个月，苏联空军志愿队又开始了一个更大胆的行动。苏联轰炸机群从南京机场起飞，飞了日本九州岛上空，对佐世保、长崎和福冈进行了投弹轰炸，同时撒下了上百万张和平反战传单。
苏联志愿队多次袭击被日军侵占的南京、武汉、广州、南宁、岳阳、运城等地的机场、舰船和集结的军队，沉重地打击了13本空军、海军和地面军队。苏联志愿队的参战，打破了日本空军垄断中国制空权的局面。
在空袭、空战以外，苏联空军志愿队还和受训完毕的中国飞行员一起，协同陆军作战。中苏空军先后在徐州会战、武汉会战、反攻南昌战役、第一次长沙会战、桂南会战、枣宜会战等会战中主动出击，轰炸日军机场、阵地、舰船等，给敌人造成重大损失。仅在1938 年6—10月的武汉会战中，中苏空军即协同陆军，炸伤日舰67 艘，炸沉23艘，炸毁日机16 架，击落日机62架，击伤9架。
抗战期间来华助战的苏联空军志愿队I-16战斗机
苏联志愿飞行队与“飞虎队”相比，战绩更多、牺牲更大
如果单纯对比歼敌数量和牺牲人数的话，苏联志愿飞行队比美国飞虎队的抗日贡献更大。苏联志愿飞行队在中国牺牲200余人，击毁敌机539架。
1、苏联飞行员在中国四年，击毁日机539架、牺牲200余人
从1937 年10 月来华到1941 年底苏联空军志愿队全部奉调回国，前后共四年零两个月时间。苏联以空军志愿队名义，总共派遣了3665人参加中国抗战，其中包括1091名飞行员，此外还有2000余名机械师、工程师等各类航空辅助人员。国民政府方面统计，苏联志愿飞行队在此期间的战绩为：1937年12月击落91架，炸毁43架；1938年击落130架，炸毁136架；1939年击落33架，炸毁71架；1940年击落16架，炸毁14架；1941年击落5架，总计539架。如果再加上苏联援助的高射炮、高射机枪和中国飞行员击落的敌机，这个数字即达到1049架。
先后有2000余名苏联航空工作人员帮助中国训练飞行员、打击日军，其中有200多名苏联飞行员牺牲。有一支来华空军编队最初有60名成员，等到回国时仅剩下16人。苏联援华飞行队后来出了苏联英雄14名，空军中将5名，空军上将2名，空军元帅1名、空军副司令2名，空军司令1名。
在中国牺牲的苏联飞行员中，以飞行大队长库里申科最为著名。库里申科于1939 年6月率领远程轰炸机队到达中国，帮助中国培养了大批优秀飞行员。在三次空袭汉口日本军事基地的战斗中, 库里申科率领的大队击毁了136架敌机。