八年抗戰立下汗馬功勞
1937年12月，南京失陷，陳納德隨軍撤到漢口。這時中國國民黨空軍幾乎損失殆盡，隻得靠蘇聯援華的飛機來保衛城市。1938年4月29日，是日本天皇的生日。陳納德和中國、蘇聯的空軍指揮官斷定這一天日機會空襲，決定懲罰日本侵略者。
為引誘日機來犯，陳納德要中國和蘇聯的飛機佯裝撤離漢口，飛往南昌。飛機起飛後先在武漢上空盤旋，讓人們（包括日本間諜）看到他們撤離，當夜又溜回機場。29日清晨，日機從蕪湖機場起飛，轟炸機在戰鬥機的掩護下飛臨武漢上空。
陳納德事先偵得日機隻有從蕪湖到漢口一個來回的汽油，於是派了20架戰鬥機在城南拖住日軍戰鬥機，使他們消耗大量汽油，在城市安排40架蘇聯飛機埋伏在高空，等日機折回蕪湖時把轟炸機和戰鬥機分開，日軍戰鬥機因缺油不敢去保護轟炸機，中蘇飛機一隊攻擊轟炸機，一隊攻擊戰鬥機，將39架日機擊落36架，隻有3架落荒而逃。
1938年8月，根據宋美齡的要求，陳納德去昆明籌辦航空學校，訓練中國飛行員。他在昆明極其簡陋的條件下對學員進行嚴格的訓練，不少人中途被淘汰。
1940年後，蘇聯空軍援華人員陸續撤走，中國國民黨空軍在數量上處於絕對劣勢，飛機更為缺乏。這時中國國民黨空軍和日本空軍飛機之比是1∶53，日本完全掌握了中國的製空權。
1940年5月20日，蔣介石召見陳納德，要他去美國，設法搞到盡可能多的作戰物資。陳納德返美後，四處宣揚中國人民的抗戰，爭取各方援助。
羅斯福決定對華進行軍事援助，以把日本拖在中國。陳納德幾經周折，最終得到100架P-40型戰鬥機。
1941年4月14日，羅斯福總統又簽署命令，準許預備役軍官和退出陸軍和海軍航空部隊的士兵參加赴華的美國誌願隊。7月中旬，陳納德回到中國時，已有68架飛機、110名飛行員、150名機械師和其他一些後勤人員到達中國。
8月1日，蔣介石發布命令，正式成立中國空軍美國誌願大隊，任命陳納德上校為該大隊指揮員。陳納德立即開始對誌願隊成員進行專門訓練。當時條件十分艱苦，有幾人最終忍不住辭職了。經過幾個月的訓練，誌願隊人員的技戰術水平有了大大的提高。
11月，陳納德將美國誌願大隊編為3個中隊。第一隊為“亞當與夏娃隊”，該隊飛機均有亞當圍著蘋果追夏娃的圖案。第二隊為“熊貓隊”，該隊飛機未畫熊貓而畫有飛行員的漫畫像。第三隊為“地獄天使隊”，該隊飛機均畫有姿態各異的裸體天使圖案。
12月7日，陳納德率第一中隊和第二中隊到昆明。20日，一批日機向雲南方向飛來，昆明機場所有的飛機都升空迎擊，並出師告捷。日入侵飛機10架，被擊落6架，3架負傷。誌願隊無1架飛機損失。誌願隊的初戰勝利，給飽經日機轟炸的昆明人民以極大的鼓舞。當天晚上，昆明各界為美誌願隊舉行慶功會。報紙頭版頭條報道戰鬥經過，稱美國誌願隊的飛機是“飛行的猛虎”，從此“飛虎隊”成為誌願隊的代稱。12月23日，陳納德派第三中隊轉往仰光，協同英軍作戰。在兩個多月的空戰中，美英戰機對日作戰31次，共擊落日機217架。
1942年2月3日，宋美齡致電陳納德，要他出任駐華空軍指揮官，軍銜升為準將。陳納德從一個鮮為人知的退役陸軍航空上尉，一躍成為世界各國的新聞人物。在美國，太平洋戰爭開始後，各個戰場上的消息都不佳，戰爭正處於黑暗的時刻。這時突然冒出陳納德帶領一小批“兵油子”取得輝煌勝利的消息，立即引起美國人的轟動和興奮，陳納德頃刻之間成為美國家喻戶曉的英雄，獲得“飛虎將軍”的美稱。
5月，日軍侵占緬甸，繼而進犯雲南。為阻止日軍跨越怒江，陳納德指揮誌願隊連續出擊。襲擊保山、騰衝、龍陵一帶的日軍運輸隊，企圖強渡怒江的一隊日軍在誌願隊的轟炸下幾乎全軍覆沒。6月，陳納德率司令部及2個中隊前往桂林。12日，誌願隊在桂林上空一舉擊落日機8架，自己僅受傷1架。桂林人民為之歡欣鼓舞，集資2萬元慰勞美飛行員。日軍遭受打擊後，飛行員上天心慌膽怯，因而要求增派飛機。
7月3日，陳納德根據美國陸軍部和蔣介石的命令，解散美國航空誌願隊，而以誌願隊部分隊員為主組建隸屬美國陸軍第十航空隊的第二十三大隊。美國航空誌願隊在中國、緬甸、印度支那作戰7個多月，以空中損失12架飛機和地麵被摧毀61架的代價，取得擊落約150架敵機和摧毀297架敵機的戰績。美國航空誌願隊共損失26名飛行員。