12月28日（農曆十一月十七）日機99架（一說112架）分別由日本陸軍航空兵重轟炸機從山西省運城起飛、海軍攻擊機從湖北省武漢起飛，分兩批三襲蘭州。敵機采用四麵穿梭，往複轟炸戰術，在市西郊及市內投下大量爆炸彈及燃燒彈，城區起火，濃濃黑煙直衝雲際。敵機炸鎮遠鐵橋（現稱中山鐵橋）時，被我們一架小飛機緊追猛打，敵彈都落在黃河中。駕駛小飛機為祖國效命的英雄，在這次戰鬥中擊落日機兩架，不幸機身中彈起火而犧牲。同日，靖遠縣城敵投彈兩枚。
本月下旬蘭州天空多次激戰，日寇投擲炸彈和燃燒彈2千餘枚，炸毀居民房屋二萬餘間，市區較大建築多遭破壞，死亡30餘人。中蘇健兒英勇戰鬥，擊落敵機9架，墜落在榆中東古城、焦家灣山根、狗娃山山後一帶。我方損失飛機一架，駕駛員一名，另有兩架略受輕傷。敵機殘骸及敵機師殘骸不久運蘭在中山林展出。
本年底，蘇聯再次向中國輸送飛機536架，作戰飛機主要有伊一15和伊一16兩種型號，經新疆運往蘭州，待中國飛行員掌握駕駛技術後，再飛赴全國各個戰場。
1940年，止本年7月，蘭州市建築機關、個人地下室120個，防空洞100多個，露天防空壕258個，可容納五萬人以上。
12月蘇聯政府派遣崔可夫等15名蘇聯軍事顧問、專家來華。
本年，蘇聯向中國運交訂購的100架轟炸機、148架戰鬥機、300門大炮、500輛汽車等物資，經新疆、甘肅，運往西安、重慶、武漢等地。
本年，蘭州機場調往他省城市飛機甚多。為迷惑敵人，拱星墩機場放置多架木置假飛機，塗漆裝飾，外蓋有篷布。
本年，日空軍對中國內陸作戰力量已顯不足，大規模進襲暫告停息。
1941年1月17日（農曆十二月初九）日機27架在蘭州轟炸未遂，竄至永昌縣上空，在南關投彈多杖，炸死炸傷群眾十餘人。
春，日機6架轟炸蘭州，向鐵橋俯衝投彈時，被我高射炮擊中一架，墜落河口地區；一架冒煙墜靖遠縣城，其餘逃走。
5月22日（農曆四月廿七）27日（農曆五月初二），日機27架、39架轟炸蘭州、固原，中蘇空軍出機攔擊，同時在蘭高射炮部隊猛烈轟擊。兩日，擊落敵機2架，一架墜焦家灣山根，有敵屍四具，掩護機關槍一挺，子彈盤一個；一架墜靖遠北灣黃河畔。
5月27日（農曆五月初二）敵機39架分三批襲蘭，在東郊投彈多枚倉皇東逸，一架被我擊中，尾部受傷頗重。
5月28日（農曆五月初三）日機28架次，竄至武威投彈多枚，又用機槍掃射，炸死炸傷群眾達三四百人。
6月18日（農曆五月廿四）日轟炸機四架至蘭州東郊投彈，我防空部隊即以猛烈炮火射擊。
同日，甘肅全省防空司令部布告（防消字第8893號）：“查近日以來倭寇常以多數驅逐機掩護轟炸機到處肆虐，並隨時隨地出機槍掃射。乃本市避難民眾多隱蔽在樹蔭底下，倘敵機用機槍掃射危險堪虞，合亟布告。仰我市民嗣後遇有警報，務須妥慎選擇防空壕洞或利用山溝崖岩躲避，以免無謂犧牲為要。此布。”
6月22日（農曆五月廿八）日機50架轟炸蘭州。時晉陝綏邊區總司令鄧寶珊夫人崔錦琴攜次女倩子、次子允文、三子允武避空警於黃河北棗樹溝，壕洞塌陷四人均亡，葬廣武門外鄧園，墓及碑石今仍存原地。
同日，蘇德戰爭爆發。蘇聯無力繼續支持中國抗日戰爭。從1937年10月至1941年6月底，蘇參戰人員始終和中國空軍戰鬥在一起。
6月23日（農曆五月廿九）敵機30多架分批竄擾甘肅各地。
第一批驅逐機3架飛抵蘭州上空時，經高射部隊、警戒部隊猛烈射擊，當場擊落敵機一架，墜段家灘，一機於歸途墜落，共擊落兩架。