自8月15日日机首次空袭南京后，日本空军开始大规模的对南京空袭。是陈纳德的举措挽救了抗战初期的南京。
早在淞沪抗战爆发前的7月初，陈纳德就已在南京、上海、杭州布置了空中警报网。他找到一位澳大利亚电讯工程师麦雷，帮他实现了这个计划。
这个警报网，是中国抗战时警报网的最初雏形。毛邦初将军称他的警报网，是千里眼和顺风耳。
陈纳德离开南昌时，曾让教官比利和路克挑选出一批优秀飞行员，教他们如何攻击日军轰炸机。在训练中他首次实施了自己的战斗机战术：以三架战斗机来围攻一架轰炸机，一架在上，一架在下，第三架伺机而动，实施最后的打击。在攻击敌机时，不要注意敌机的机身，而应把攻击重放在敌机引擎上，因为引擎一旦被击中，飞机立刻就会失去控制，起火、爆炸和失去操纵。
陈纳德这种战术被用到了保卫南京防空上，他设立的警报网与他的战术可谓珠联璧合。五天内，日本空军三次大规模袭击南京，中国空军在三次空战****击落日机54架，未被击落的日军轰炸机也大多受损。于是，日军对南京空袭被迫停止。
几天后，日军又在夜间空袭南京。
毛邦初问陈纳德：“陈纳德先生，你能否搞一个对付日军夜间空袭的办法？这是蒋委员长的意思。”
陈纳德想了想：“毛将军，我认为惟一的办法，就是集中所有的探照灯，将其分布在目标区域内，探索出现在该区域上空的敌机。当一架敌机被探照灯照住时，就看不见攻击它的战斗机。我们的战斗机，趁机沿着探照灯光柱冲上去，射击敌机的腹部，一举将敌机击落。”
陈纳德讲了对付日机夜袭的办法，在座的空军将领们连声：“这办法好！”
******亲自下令，集中所有的探照灯来保卫南京。
陈纳德来到机场，亲自教授飞行员如何在夜空攻击敌机。最初两夜中国空军迎战夜袭日机，一举击落三架。第⑨∴⑨∴⑨∴⑨∴，◇.co↘夜又来敌机1架，被一举击落七架。中国空军夜战大获全胜。
日机夜间损失飞机竟高达50%以上，如此下去，日本空军将消耗殆尽。于是，日军又被迫停止夜间对南京的空袭。
日本人分析南京空袭失利的原因，间谍机关侦知：有美国人暗中相助，指挥中国空军。
日本领事馆照会美国政府，要求在华美国空军人员立即离开中国。美国******当即通知在华美国航空人员归国。陈纳德和助手及在中国民航工作的美国航空人员，被列入归国之列。
陈纳德拒绝执行******和领事馆的通知。他让人转告领事馆：“只要中国境内的日本人有一天都被驱出，我就会很乐意离开中国。”
领事馆威胁要逮捕他，送军事法庭审判，并将会失去美国公民权。是******的顾问端纳帮助了他，使美国侨民会一直无法拘捕他。
陈纳德的好友路克和部分美国航空人员相继归国，而陈纳德和大部分美国航空人员都留了下来。他们对中国抗战深表同情，而投身战争漩涡里。
抗战初期，美国政府极力避免被卷入这场战争。陈纳德则认为：中日战争是太平洋战争的开始，美国应予以中国关注和援助。
陈纳德在日记里写道：“中国此时正为太平洋各国在作战，而美国官员和人民，就在日本屠戮上海之始，急切地离开了中国。此种情形，中国人民无论如何不能理解！我很奇怪，为什么我会被认为在匿名作战！难道我不敢用我的真名，来表示愤恨这场侵略和战争吗？设想我是一个中国人，我更毫无犹豫地要担负起反抗日本帝国主义侵略的责任来。”
陈纳德身为中国空军顾问出谋划策，暗中指挥中国空军作战，这是国民政府少数军政官员才知道的机密。******总在陈纳德的作战计划上批示：“照办无误！”
197年8月18日恰是中秋节。为纪念“九一八”事变六周年，洗雪国耻。******和宋美龄决定集中空军全部力量，对上海日军各据进行了彻夜大轰炸。
与此同时，浦东的中国陆军炮兵配合空军猛轰黄浦江中的日舰。中国空军再次轰炸了日军旗舰“出云”号巡洋舰。这一夜轰炸，使日军遭受约七百万元军火损失。
次日，日本空军出动0架飞机袭击南京。中国空军从南京、句容等地急调1架飞机迎战，击落日机一架，击伤三架，中国四名飞行员在空战中牺牲。
从9月中旬开始，日本空军加紧了对南京空袭，每次出动飞机四五十架之多，分批空袭。中国空军第4、第5大队均移南京防空。
10月1日是重阳节。午后时，日军轰炸机九架，在六架驱逐机掩护下侵袭南京，中国空军起飞八架迎战，击落日机三架。
经过两个多月战斗，中国空军作战飞机损失大半，到10月日，只剩81架。而日军飞机仍不断得到补充，数量越来越多。中国空军已无力支援地面部队作战。
******主张上海撤退前来一次夜袭，作为淞沪抗战的最后赌注。中国空军准时助战，地面部队英勇出击。中**队前仆后继视死如归，炮弹子弹打光了，与日军展开肉搏，直到将日军击溃。
10月6日，守卫上海大场的中**队遭到150架日机疯狂轰炸，伤亡惨重，从此淞沪抗战进入全面撤退阶段。
11月11日，上海市长发表告市民书，沉痛宣告上海沦陷。
淞沪抗战结束时，中国空军可以作战飞机仅剩11架。
航空委员会下令：中国空军暂停出击，养精蓄锐，以利再战。
此后，中国政府将空防任务，交给了友人苏联空军。