1941年12月7日，日本偷袭珍珠港，太平洋战争爆发。志愿队移师中国，并在昆明建立基地。

12月20日，10架日军轰炸机飞临昆明，准备进行轰炸。陈纳德一声令下，十几架P—40型战斗机直冲蓝天。由于是初次实战，队员们有些紧张。弗里茨·沃尔夫击落两架日机后，大骂那些军火制造商，以为机关枪卡壳了。着陆后才发现是子弹打光了。其余飞行员也忘了训练的内容，只要一发现日机就不停地扫射。这场空战，美军志愿队员取得了0∶9的辉煌战果，只有一名队员受了轻伤。第二天，日本轰炸机改攻缅甸仰光，陈纳德率队又击落7架。

此后，激烈的空战在缅甸南部和泰国上空频繁地进行。志愿队员们以5至20架可用的P—40型飞机，迎战总数超过1000架的日本战机。在31次空战中，志愿队员共击毁敌机217架，自己仅损失了14架，5名飞行员牺牲，1名被俘。

对志愿队取得的辉煌战绩，中国军民纷纷赋诗祝贺，赞扬他们是"飞虎队"。

1942年4月28日，距日本天皇的生日还有一天，飞虎队在缅甸腊戍的上空，以0∶22令人吃惊的战绩，给天皇送上了一份"厚礼"。飞虎队对图谋渡过萨尔温江的日军进行空袭，不仅杀伤了大批的日军，而且粉碎了日本人打算渡江进攻中国云南的阴谋。

美国政府出于战略上的考虑，于1942年7月4日将飞虎队并入美国陆军航空队。陈纳德本人也由上尉军衔被提升为临时上校，9天后又被晋升为临时准将。

自从1942年3月仰光沦陷直到1945年史迪威公路开通之前，中国通往外部世界的道路已基本上中断。如何将抗战所需的大批物资、弹药运进中国成为当务之急。早在1942年10月8日，陈纳德在写给美国总统特使温德尔·威尔基的信件中，就提出开通"驼峰航线"的建议。从昆明经缅甸到印度的航线上，山峰连绵起伏，有如驼峰，因此人们称之为"驼峰航线"。未标明海拔高度的山峰，难以预料的雷暴以及日机的出没，均对运输机构成巨大的威胁。

第一次试飞时，陈纳德以昆明巫家坝机场作为其指挥所。一架C—46运输机在他的指挥下，越过千年积雪的山峰，绕过积雨区，安全抵达印度的利多机场。此后，陈纳德又试图从云南经青藏高原，直飞印度。这条航线上有海拔4500—5000米的高山，空气稀薄，气候恶劣，又有强烈的紫外线照射。美国王牌飞行员福克斯上校被召至中国。他曾试飞过许多新型飞机，并开辟过多条新航线。但这一次他却没那么幸运。起飞后一个多小时，福克斯驾驶的C—46飞机在恶劣的气候中一头撞到了山峰上，不幸殉难。此后，经过中美双方的共同努力及飞行员前赴后继的试飞，C—46飞机的缺陷被逐渐消除，驼峰航线也变得安全起来。在3年多的驼峰航线运输中，空运指挥部共向中国运送了736374吨物资，但损失了468架运输机，有1579名美国飞行员英勇捐躯。

第十四航空队还有力地配合了中国军队的战斗。在常德战役中，中国军队在美机的配合下，坚守城池3个月。日军费了九牛二虎之力才攻占了常德，但在猛烈的空中打击和中国军队的反攻下，日军在常德只呆了5天便弃城而逃。在这场战役中，日军死伤人数达15000多人，其中许多是被飞机炸死的。

到了战争的后期，第十四航空队取得了绝对的优势。1945年1月17日，16架"野马"式战斗机出其不意地袭击了日军在上海的机场。当时日军机械师正在飞机上工作，成排的战斗机停在机库前，高射炮阵地上空无一人，美军战机立即大开杀戒，摧毁了70架敌机。当时正巧有3架日本轰炸机从台湾飞来，想在此降落，结果被打成了碎片。

至战争结束，第十四航空队以500架飞机的代价，共击落日敌机2600架，击沉或重创223万吨敌商船、44艘军舰、13000艘100吨以下的内河船只，击毙日军官兵66700名。