搜到一个笔记本，上面记载着日军的空袭计划。中国空军积极准备迎战。
日军并不知道计划已经暴露。２９日下午两点半，日本海军第二航空队出动三十六架重型轰炸机，在十二架战斗机掩护下，杀气腾腾飞向武汉。
中国空军三个大队的十九架驱逐机和苏联志愿航空队的４５架战斗机，此刻已占据有利高度，等待日机进入布好的口袋。中苏空军的作战方针是：一个机群在武汉东北巡逻，相机与日军战机缠斗，迫使日军战斗机与轰炸机分离；另一个机群负责保卫武汉市区，重点打击日军轰炸机。
日军机群刚一进入武汉上空，中国空军第四大队的九架И－１５首先迎了上去。此时，敌我飞机数量为四比一。第四大队不畏强敌，突入日机编队，与日机展开“空中肉搏”。
开战不到五分钟，少尉飞行员陈怀民首先咬住一架日机，把它揍了下去。这是陈怀民击落和重创的第三架日机。半年前，日军出动三百多架飞机空袭南京时，他驾驶二四○五号霍克飞机，与战友们一起，击落日机一架，击伤四架。陈怀民被四架日机包围，油箱被日机击中起火，迫降长江，折断了鼻骨。
伤愈后，母亲对他说：“怀民，杀敌报国，无上光荣，妈不扯后腿，可我有个心愿，为了咱陈家不断香火，你先结婚吧。”
陈怀民说：“我正在作战，结婚会增加心理负担，这件事以后再说吧。”
“二一八”空战中，陈怀民随队从孝感飞到武汉应战，座机被日军击中，迫不得已跳伞，腿部负伤。４月１０日，他驾机飞到台儿庄低空侦察，返航途中与日机遭遇，孤军奋战，撞毁一架日机，自己又一次跳伞成功。
这一天，陈怀民首开纪录后，一拨机头，盯住了另一架日机。他的出色的战斗动作，引起了日军注意。五架日机发疯似的扑上来，狠命向他射击。陈怀民的战机多处中弹，难以操纵。他本可再次跳伞求生，但他开足马力，向附近一架日机的机背撞去。“轰隆”一声巨响，两条火龙翻滚着落向地面。陈怀民的壮举，使日军飞行员胆寒，令地面上观战的中国军民动容，令空中激战的战友骄傲！
在陈怀民的鼓舞下，中苏空军越战越勇，经半小时激战，击落日机二十一架，其中战斗机十一架、轰炸机十架，取得抗战以来最辉煌的空战胜利。武汉三镇掀起了祝捷的热浪，人们涌向王家墩机场，慰问凯旋的飞将军。第二天，冯玉祥为陈怀民赋诗一首，以纪念“四二九”空战，缅怀英烈：“舍身成仁同归尽，壮烈牺牲鬼神气。”
人们在清理被陈怀民撞落的那架日机残骸时，发现了日军飞行员高桥宪一的妻子美惠子的照片，以及美惠子写给丈夫的信，信中充满了凄凉、孤独和对丈夫的缱绻之情。陈怀民的妹妹陈难读了这封信，提笔写下《一封致美惠子女士的信》。她愤怒地控诉日本军国主义者制造侵华战争的罪行，表达了对美惠子的关心。这封信拨动了亿万人的心弦。武汉各报相继刊登，电台将它译成多种语言，向全世界广播。香港《读者文摘》把美惠子和陈难的信一起刊出，并介绍她们的通信。这件事轰动了全球，形成强大的反法西斯舆论。
日本空军遭到重创后，在一个月内没有再敢进犯武汉上空。直到五月底，日军才恢复对武汉的空袭。
在此期间，发生了一件令日本人瞠目结舌的事情。５月１９日下午，两架马丁式СБ－１０轰炸机，从汉口王家墩机场升空向东飞去，这两架飞机的飞行员，是徐焕升和佟彦博。轰炸机上装载的不是炸弹，而是写给各界日本人的二十万张传单，上面写着：
中日两国有同文同种、唇齿相依的亲密关系，应该互相合作，以维持亚洲和全世界的自由和平；日本军阀发动的侵略战争，最后会使中日两国两败俱伤，希望日本国民唤醒军阀放弃进一步侵华迷梦，迅速撤回日本本土。
徐焕升和佟彦博驾机经过南昌和衢州，到达宁波前进阵地加油，然后直飞日本，在第二天下午抵达九州上空，一路奔袭，向长崎、福冈、久留米和佐贺等主要城市及四国的部分地区散发了传单，然后安全回国，分别在玉山和南昌机场降落。
日本上空来了中国飞机，全国骚动，惊恐万分。徐焕升后来回忆道：“当时，日本的防空哨戒能力相当幼稚，我们进入日本上空时，并未被发现；直到完成任务离开日本，俯视眼底的都市才刚刚在实施灯火管制。及至天明飞回到我国东海岸上空之际，接到地面联络，得知在上海、杭州一带有多架日本飞机升空拦截我们，但我们则掩蔽在云雾中安全返航。”
这次针对日本本土的“人道飞行”，没有投掷一颗炸弹，也没有人流血，只是实施了“纸弹轰炸”，使日本政府非常难堪，在国际上引起了深切关注，国内外舆论一致称赞中国翱翔在天空的雄鹰。
接下来，在５月３１日上午，日本海军第十二航空队的十一架战斗机袭击武汉。苏联志愿航空队“正义之剑”大队的三十一架战机立即升空，爬到一千五百米高度，作为主力迎敌。与此同时，中国空军的十八架战机也爬上二千四百多米高空