为掩护航空队作战，日军坂西一郎率领第二十军，下辖6个师团，3个独立旅团，另加伪和平军第二师和第三飞行师团的第四十四战斗队，独立五十四中队及炮兵、工兵2个独立联队，共8万多兵力进攻湘西。
不过，重庆国民政府军事当局也觉察出日军的阴谋，决定倾力保卫芷江空军基地。
陆军总司令何应钦亲自担任总指挥，第四方面军王耀武部担任正面防御作战第三方面军汤恩伯部担负桂穗路防务第九十军为战役机动兵团，配置靖州、绥宁一带，以策应王耀武部右翼作战第十集团军王敬久部接替湘北防务原防守湘北的第十八军调沅陵、辰溪集结，作为第四方面军的机动兵团，并从昆明空运新六军廖耀湘部至芷江作总预备队。参战陆军为8个军23个师，加上后勤保障部队，总兵力近20万人。
空军方面，仅美空军在华的各类战斗机、中型和重型轰炸机、侦察机等就有将近千架，但各方面性能与零式战机还有差距。
为配合地面部队作战时，中美联合战队频繁升空牵扯日本第三飞行团的战机。
4月10日，在五架40战斗机的保护下，五架29重型轰炸机从芷江机场起飞，对日军后援地冲了下去，五颗500磅的炸弹落了下去，立刻响起了惊天动地的爆炸声，炸弹落处，陷入了一片火海，小树，草丛，枯枝，野草总之一切能燃烧的东西都开始燃起来，其中包括卧倒在地的日本兵。衡阳、宝庆、湘潭三角地带所有的大小公路桥梁销毁殆尽，彻底破坏了日军的增援路线。日本士兵还未来得及喘口气，扑灭身上的火苗。隆隆地发动机声又在他们的头顶响起来了。
20日，中美联合战队出动全部飞机轮番攻击放洞、红岩、大庙、大黄沙及1450高地等处的日军据点，给立足未稳之敌以致命的打击。
巨巨巨航弹落下的破空声响起。
片刻之后，十六枚航弹的连续爆炸，复盖了日本人全部进攻展开的队形，猛烈地爆炸气浪夹杂着山石，尘土，连根拨起的树木和日本士兵的肢体，一起飞上了半空中，空气中弥漫着呛人的硝烟，迫使这一线日军停止进攻。
4月27日，日第47师团重广支队被中国第73军包围于红岭山。在中美空军的轰炸扫射下，该支队只有招架之功，无还手之力。日第86混成旅团在小溪、猪栏门等处渡河时，恰逢河水暴涨，乘竹筏至河中心时，遭美机轰炸，伤亡惨重，勉强抢渡过去的若干联队，也形不成攻击的拳头。
5月1日，中路日军主力一一六师团，向雪峰山东麓的上查坪、下查坪、肝溪一带中国守军阵地发起猛烈进攻。中国空军和美军第十四航空队集中兵力，对这一地区的进攻之敌，实施一星期地毯式连续轰炸。
高天翔率领六架40战斗机，成一字形排开，在距山顶只有100米的超低空处，顺着山坡冲了下去。在距战壕约50多米开始，机头和机翼上的机枪一齐开火，不仅声势吓人，而且煞是好看。
哒哒哒密集的子弹在山坡上犁出一道道弹沟，从山顶一直扫射到山腰飞机才拉起来。冲锋的日本士兵都趴在地上不敢动了，掩护进攻的机枪也有一半不响了。日军阵地顿时全面开花，浓烟滚滚，日军嗷嗷乱叫着，四处乱窜。给敌军以沉重打击，迫使其溃退。进至洋溪的左路日军，也遭到空中猛攻伤亡惨重。
与此同时，援华飞虎队的轰炸机对岩永汪师团各联队驻地实施轰炸，抛下的大量炸弹将日军炸得人仰马翻，第109联队3000余官兵几乎被全歼，第133联队也遭美机低空扫射，死伤累累。
同时，由于攻击路线拉长，陆上有中队阻断、天上有美空军封锁，岩永汪缺粮少弹，各部队为节省弹药不得不在上查坪、圭洞和洞口一带止步，一面就地赶修简易防空工事，一面请求军司令部同意撤退
5月3日夜，第4方面军主力在中美空军配合下，向日军举行全线反攻，战壕中的中国守军被这猛烈地空袭惊呆了，他们从战壕中直起身子，怔怔地看着火焰乱窜，尘土飞扬的山腰和山脚。
这时，除了带着满身火焰胡蹦乱跳的日本兵，日海军陆战队阵地静悄悄，看来全报销了。
中国战机完成轰炸任务后，相继飞临中队阵地上空，低飞摆翼，向坚守阵地的英勇官兵致敬。
此时，中队的卫士们纷纷跃出战壕掩体，举枪脱帽，欢呼雀跃。许多士兵流下了激动的热泪。
此时，言天海带领第二小队十架战机猛攻日军前沿阵地，为地面部队扫除日军重武器和坦克。
在日军阵地对面，中国的陆军官兵们跃出战壕，把军帽和水壶抛向天空。他们不在乎对面有无数日军的枪口，自己很可能成为日军的靶子。他们控制不住兴奋和激动。长久以来，他们一见到飞机就躲。天上只有日军，大长地面日军的志气。
之前，中国陆军长期被来自空中的敌机压制着，无奈地看着战友在凌空而下的枪弹下伤亡。
而现在，空中飞来了中国人的保护神，把日军炸得趴在地面，他们昂奋地欢呼，心中的委屈荡然无存。
此时此刻，空军官兵们觉得地面空袭的任务不够，现在，他们从中国步兵奋不顾身的欢呼中领悟到了神圣的责任，意识到地空配合的重要性。他们喜悦，骄傲，心酸，还有几分内疚。
空军不用陆军再说什么，频繁出动，轰炸扫荡日军的阵地和集结点。
不过，日本第三飞行团，也不是省油的灯，他们除了轰炸中国中国守军的阵地之外，还频繁拦截中国空军的轰炸机。
于是，中国空军四处出击，搜寻敌机，与之决战。
功夫不负有心人，中国空军终于逮住日本战机机群。
随着呼啸声响起，从云层中钻出来的中国战机机群显然让日军大吃一惊。此刻，中国空中勇士们不管三七二十一，驾驶40战斗机直接冲进了鬼子的机群，等日军飞行员反应过来的时候，整齐的编队已经被打散了。
战场上只见鬼子的轰炸机拼命地扔掉炸弹，哄然四散。几架试图爬升，妄想垂死挣扎，但是中国战机上下翻飞，死死的纠缠住敌机不让它们溜号。
不一会儿，敌机就被英勇善战的中国空军击落，无一架日本战机逃脱，敌机机群全军覆没。
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