为避免刺激日本，苏联对中国的援助极为隐秘，甚至在苏联内部都采取了严格的保密措施。整个援助计划用“Z行动计划”代称。1937年10月，从苏联的阿拉木图经兰州到汉口的航线通航。10月下旬，第一批苏联志愿航空队先后到华。此后，苏联志愿航空队的兵力不断扩充，最高峰时，达到战斗机、轰炸机各4个大队。
苏联志愿航空队的成员采取轮换形式，先后在华参战的有2000多人，像日加列夫、雷恰戈夫、阿尼西莫夫、波雷宁、特霍尔、赫留金、布拉戈维申斯基等著名空军将领都曾来华与日军作战。苏联的援助，对中国空军来说，真可谓雪中送炭。
当时，中国空军的飞机在淞沪会战中几乎拼光，急需补充。本来中国空军已向欧美国家订购了363架飞机，但到1938年4月仅得到85架，其中还有13架未装好。而在这关键时刻，苏联的大批飞机却源源不断运进中国。到1938年2月止，苏联出售给中国的飞机为232架，合2254万美元。其中战斗机156架，轻轰炸机62架，重轰炸机6架，教练机8架。
美国援华飞虎队战机
三、苏联志愿飞行队与“飞虎队”相比 战绩更多牺牲更大却默默无闻
从1937年底到1941年初，苏联援华航空志愿队先后组成8个航空兵群，其中包括5个歼击机机群、3个轰炸机机群。先后有各军种军事专家3600余人来中国支援抗战，其中包括1091名飞行员。这群黄头发、蓝眼睛、来自社会主义苏联的飞行员们出现在包括南京、徐州、南昌、武汉、广州、兰州，甚至西南部边陲昆仑关等几乎所有中国抗日战争的战场上，被中国人民称为“斯大林之鹰”。
为能在第一时间帮助中国抵御日军，苏联派出了志愿飞行员，直接参战。苏联志愿飞行员都有丰富的经验，并受过充分的训练，平均飞行8至10年，其中不少人以前是航校的教员，在对日空战中，苏联空军志愿队战绩卓著，击落了数以百计的敌机。苏联援华飞行队很快投入战斗，先是一名大尉“小试牛刀”，他率领九架轰炸机，袭击了停泊在上海的日本军舰，炸沉军舰三艘，另有六搜军舰起火。这是“七七事变”以来，中国方面对日军的首次空战大捷。
南京沦陷后，中日主战场转向武汉。国民政府遂在武汉、南昌修建新机场，以便与日军开展空战。1938年2月18日，日军出动12架轰炸机，在26架战斗机护航下，轰炸武汉。苏联志愿飞行队起飞迎战，一举击落日机12架。苏联志愿飞行员由此获得“正义之剑”的美誉。
苏联援华战机
4月29日是日本“天长节”，也就是天皇生日。日军为向天皇生日献礼，出动飞机69架，前往武汉报复。被称为日本空军两张王牌的木更津航空队和鹿屋航空队也参加了这一次的行动。
苏联空军志愿队再次升空作战，与日机激战三十分钟，以2架飞机的代价，击落日机21架。日本人吃了大亏。此外，苏联援华航空志愿队还曾远航奇袭日本在台湾的松山军用机场，烧毁敌人三年的油料储备和数十架战机，袭击松山机场不久，苏联轰炸机群再次出发，对日本本土进行了轰炸。机群飞越日本九州岛上空，对长崎、福冈等地进行了投弹轰炸，还撒下了百万余张和平反战传单，震惊中外。
四年中，中苏空军联合作战，致使日军损失飞机986架、战舰100多艘，包括一艘航空母舰和一艘巡洋舰。日军王牌飞行员“四大天王”中的三位被击落。此间，苏联还派遣日加列夫、雷恰戈夫等几十位航空专家，作为志愿队的组成人员，在兰州、伊犁、成都等地建立航空供应站、飞机修配厂和航空学校，据统计，先后有两百多名苏军飞行员为中国抗战献出了生命。
然而，与闻名中外的美国“飞虎队”不同，苏联援华航空志愿队却鲜有人知道。当时，苏日之间并未宣战，苏联将所有援华人员信息保密，许多志愿队队员都使用假名，连家人也不知道。抗日战争时期，苏联将航空队援华以“Z作战”为代码。
除军事人员外，一些党务人员也一同派遣过来。为掩盖这些政工人员的身份，苏方采用“首席领航员”等多种头衔掩饰。志愿队所有人员在苏军中的真实身份和职务都对中方保密。1941年，苏联与日本关系缓和，签订了《苏日中立条约》，随后德苏战争爆发，苏联借机停止了援华，并撤走了航空志愿队。“斯大林之鹰”从此从人们的视野中消失。
