1940年中，苏联志愿航空队撤销，中国空军经历次战役消耗后，年末仅剩飞机65架。1941年初，空军又从苏联补充轰炸机100架、驱逐机148架。4月，中国空军总指挥部成立，专司作战训练之责。6月，从美国购进P-40驱逐机100架。不久美籍志愿航空大队（即“飞虎队”）成立。年末，飞机共有364架。
1940年，中国空军从4月3日袭击岳州（岳阳）起，到5月28日，先后7次袭击了华中的日军前线。5-6月，空军出动了3个大队的部分兵力，共出动飞机284架次，轰炸随县、枣阳、钟祥、荆门、当阳、宜昌等处日军及宜昌机场，配合枣宜会战。
1940年5-8月，日军组织袭川部队，昼夜不停空袭重庆和四川境内各空军基地、各资源重地和重要军工设备地区，中国空军迎战。重庆、成都两地的空战最为频繁而激烈。8月11日，日机90架大编队空袭重庆，中国空军第4大队大队长郑少愚率战机截击日机，但敌众我寡，殊难阻敌袭渝。空军乃投掷空中爆炸弹，先炸散日机大编队，再发动连续攻击，击落日机2架，击伤日机多架。9月13日，日军大举空袭重庆。空军大队长郑少愚率同34架战机至璧山上空截击来犯日机。日机性能优良，中国空军不惜牺牲，与敌奋勇苦战。总领队中弹受伤，战机被击毁13架，损伤11架，阵亡18人，负伤8人。此战为中日空战以来中国空军损失最大的一次战斗。