1937年8月下旬，中苏签订了《中苏互不侵犯条约》和《军事技术援助协定》，苏联宣称将提供给中国数亿美金的贷款和军购。8月底，蒋介石与苏联驻华大使鲍格莫洛夫进行了一次长谈，蒋表示国民政府决不对日妥协，要求苏方"允许苏联飞行员以志愿者身份加入中国军队"，同时请苏联派遣人员帮助训练中国空军。苏联政府同意以志愿队的名义给中国提供战机和飞行员，帮助中国抗日。
蒋介石随即电告中国驻苏大使蒋廷黻，请他与苏方洽商"飞机交涉"，表示中国"现最急需用者为驱逐机二百架与重轰炸双发动机一百架"。蒋介石在致斯大林的密电再次提及空军援助事宜："尤其飞机一项，实迫不及待，中国现只存轻轰炸机不足十架，需要之急，无可与比，请先将所商允之轰炸机与发动机尽先借给，速运来华。"斯大林很快答应了蒋介石的请求，1937年9月开始运送第一批飞机来中国，随后又选拔大批飞行员和航空地勤人员，以苏联空军志愿队的名义来华。据陈纳德回忆："当那些驻华的美国外交官正忙于促使美国空军人员离开中国时，苏联的空军就到中国来了。他们派来四队战斗机，两队轰炸机，装备都很完全，准备抵抗日本。"
屡建奇功的苏联航空志愿队
在华期间，苏联航空志愿队这支抗日"外援"屡建奇功，重创日军，其中最为人称道的是1938年奇袭日军台北松山空军基地。
1938年2月，航空志愿队顾问雷恰戈夫获得情报，台北松山日军空军基地有大批新式飞机组装，他决定发动偷袭。袭击编队兵分两路，一路是驻南昌的12架CB轰炸机，一路是驻汉口的28架CB轰炸机。2月23日凌晨，两队飞机分别从驻地起飞，据当时的飞行纪录记载："所有飞行员都一反节假日的习惯--起床很早。需要再次检查飞机，检查加油量，挂上炸弹，确定航线和目标。雷恰戈夫这才允许起飞。要特别强调指出的是，航线是严格保密的，中国勤务人员谁也不知道。拂晓我们就飞临台湾海峡闪光的水波上空。我们没有氧气设备，感到喘不过气来，但是不能降低高度。失掉高度就等于失掉距离。"
