当时，由于苏联对日没有宣战，苏联空军志愿队对外叫“中国空军正义之剑大队”，飞机也全部按中国空军战机序列编号。
12月1日，苏联空军志愿队抵达南京的当天就投入了战斗，击落击伤10架日军轰炸机和四架战斗机，我方损失两架飞机，飞行员跳伞获救。12月2日击落日机6架，12月3日击落日机四架。
但是，日军飞机太多了，每日几批来袭，苏联空军自愿队一日数战，队员中战斗经验又不多，这样一来，损失不断增大。有个飞行员产生恐惧心理，以有病为理由拒绝出战，不得不将其调到后方去当飞行教员。
不过，这些问题随着时间的延伸和更多的有战斗经验的飞行员的到来，都逐渐克服，苏联空军志愿队与中国空军并肩作战，愈战愈强，参加了1937年12月1日以来的历次空战，取得了骄人的战机，前一段时间他们最得意的作品就是长途奔袭台湾松山机场。
台湾松山机场是日军重要基地，存放这大量的飞机、航空汽油和和航空弹药。
蒋介石得到日军加强台北松山机场的情报后，一心想炸掉它。没办法，只好向苏联空军志愿队求援。
轰炸台北机场好是好，但是汉口距台北航程超过1000公里，恰好处于“图波列夫”sb轰炸机的极限位置。松山机场又处于群山围绕之中，地形隐蔽，防卫森严。但援华航空队也有自己的优势，那就是苏联飞行员对缺少战斗机护航的强行轰炸早已习以为常，而且“图波列夫”sb轰炸机有速度优势，波留宁中队领航员菲德鲁克大胆提出，轰炸机群以4000米-4800米高空飞行增大航程，机群从北面越过台湾，再向南下降至3600米空域，隐蔽临空轰炸，顺势折返大陆。
2月23日正好是苏联红军建军节，苏联空军志愿队指挥官留恰哥夫决心以长途奔袭台北松山机场来为建军节献礼，遂下令驻南昌的中苏混合编队轰炸机队12架飞机和驻汉口的波留宁苏联空军志愿队轰炸机队28架飞机轰炸松山机场。
富有戏剧性的是，23日凌晨波留宁中队起飞前，日军十八架轰炸机突然到了汉口机场上空，机场拉响了凄厉的警报。奇怪的是日机似乎没有发现汉口机场，转了个弯飞去轰炸长沙去了。
波留宁大呼侥幸，马上下令起飞。起飞完成编队后，为了节约油料，波留宁命令编队直接拉升至5500米高空，用直线飞行办法直扑台北。而南昌起飞的中苏混合编队由于领航员计算偏差，没能到达台湾。
飞行几个小时，波留宁中队抵达台北，领航员确定方位后，波留宁发现云层中有处空袭，马上下令编队冲出云层，减速准备发起攻击。
冲出云层后，松山机场就在眼前。波留宁大喜，眼前的松山机场，空中没有一架警戒战斗机，地面上也没有防空炮火，成排的日本战机整齐地排列在跑道一侧，另一侧则是巨大的油库、机房，骄狂的日本人没有搞任何伪装。
强压住心头的狂喜，波留宁通过喉部通话器大声命令到：“全体注意，我是波留宁，发起俯冲攻击。重复一遍，全体发起俯冲攻击。”说完，波留宁一按机头，朝松山机场俯冲下去。
第一批炸弹准确地投在了机场的中央，爆炸声响成一片。几个在机舱里待命的日军飞行员企图发动飞机升空迎敌，结果飞机歪歪扭扭地没有滑行多远，就被炸弹碎片击中，起火爆炸。接着，油库发生爆炸，大火卷着滚滚浓烟冲天而起。再接着就是弹药库爆炸，松山机场变成了人间炼狱。那情景，宛如八路军航空队偷袭华北日军机场的复制。
看看达到了目的，波留宁下令返航。此役炸毁日军飞机四十余架，破坏了一大批日军运来还没有来得及组装的战机，摧毁松山机场可以使用三年的航空油料以及一大批航空弹药。日本驻台湾总督旋即被召回国，松山基地指挥官自杀。
过了七个小时，波留宁中队胜利返回汉口机场，迎接英雄们的是满大街欢呼的人群。
宋美龄亲自设宴为英雄们庆功，她送的蛋糕上写着醒目的红字：“向工农红军志愿飞行员致敬！”
事后，波留宁由于轰炸松山机场而获得苏联政府“苏联英雄”称号。
此时，武汉会战已进行到关键时期，中日双方空军为了争夺制空权、掩护地面部队作战、保护重要目标而多次展开激烈空战。日军航空兵力量固然强大，但是经过八路军航空队在华北一系列的偷袭作战，华北航空集团的老飞行员损失殆尽，补充上来的都是菜鸟。他们派到武汉战场上的航空兵战斗力有限。华中派遣军的航空兵和海军舰载机航空兵经过这么长时间作战消耗，王牌飞行员在与中国空军和苏联空军志愿队的交战中，损失也很大。而中国空军原有的空军精锐也基本消耗完了，现在上战场的都是去苏联培训回来的200名飞行员和苏军志愿队在中国培训的飞行员，加上战术日臻成熟的苏联空军志愿队，整体战力和日军相差不大。所差的只是飞机数量和质量问题。现在，英雄的八路军航空大队奉命支援武汉战场，那可是一群受过刘一民熏陶和美、苏两国战术训练的雄鹰，这一下，小日本的机场啊、江面上的舰艇啊、组织进攻的部队啊，都要小心了。