一 空军作战
日本为发动太平洋战争，将其在中国境内的许多飞机抽调走。日军航空队除1943年对中国后方作“疲劳轰炸”外，只能在第一线作战术性防御。而太平洋战争爆发后，中国空军得到美国的援助，飞机增多，作战能力增强，并与美国援华空军并肩作战，逐步取得对日作战的制空权。
（一）中国空军获得美国援助
经中国政府与美国洽商，1941年美国总统罗斯福批准美国航空队的飞行员可以辞去军职，以组织志愿队方式赴华参加对日作战。陈纳德在美招募一批美国飞行员，于是年8月组成中国空军美籍志愿队。蒋介石任命陈纳德为志愿队司令。中国从美国购得100架战斗机，拨交志愿队使用。
中国空军美籍志愿队组成后经过训练，在太平洋战争爆发后赴滇缅战场对日作战，歼击日机，屡创佳绩，被誉为“飞虎队”。据载，至1942年7月4日，半年多时间中，空军美籍志愿队共击毁日机299架。
1942年，美国与中国协商，将中国空军美籍志愿队编入美国航空部队。1943年3月，该航空队改编为美国第14航空队，陈纳德为司令。陈纳德还担任美国驻中国战区空军参谋长。
为更便于中美空军联合作战，1943年10月建立中美空军混合团，由美国空军军官摩斯（后为班奈特）和中国空军军官蒋翼辅（后为徐焕升）分别担任司令、副司令。中美空军并肩对日作战。
为抗击日军对中国的封锁，美国航空运输队协助中国民用航空公司飞机飞越喜马拉雅山，向中国运送援华物资。这条穿越高山峻岭的艰险航线的援华运输，被称做“驼峰运输”。
美国空军人员为中国抗战作出了重大贡献和牺牲。除由航空队援助中国抗战外，美国还支援中国大量飞机，帮助中国空军培训飞行员。整个抗日战争时期，中国从美国租借和购买了1394架飞机。
美国空军亦利用中国空军基地和机场对日作战。1944年，B-29型轰炸机群曾从成都机场起飞，轰炸日本本土。
抗日战争胜利前夕，对中国抗战卓有功勋的陈纳德因与驻华美军司令意见不合，辞去美国第14航空队司令和中国战区空军参谋长职务。中国国民政府授予陈纳德以青天白日勋章，奖励其在华八年作战的贡献。
（二）抗日战争后期空军作战
太平洋战争爆发后，中国空军对日作战进行过许多重要战斗。
1941年12月下旬，日军第三次发起进犯长沙的战役。1942年1月8日，空军第2大队至湘北长乐街、新市、浯口一带上空，对溃退之敌作猛烈攻击，与日机激烈空战。
日军为扩张在南洋之进攻，集结飞机450架于越南西贡嘉林机场。中国空军于1942年1月22日、24日两次出征，轰炸该机场。
1943年5月，鄂西会战期间，中国空军和美国第14航空队共165架飞机对汉口、荆门、沙市、宜昌等地不断攻击，出动406架次，击落日机41架，炸毁日机6架，破坏日军机场5处，毁伤日军舰船23艘。
6月6日，第4大队第23队队长周志开未及携带保险伞，迅即冒着日机轰炸的危险起飞，单机向日机攻击，先后击落日轰炸机3架，击伤2架，创单机攻击机群之记录，受到奖赏。
常德会战期间，中美空军共200架飞机，出动轰炸机280架次、驱逐机1467架次，连续对常德、藕池口、石首、华容等处日军攻击，与日机空战，共击落日机25架，击伤19架，炸毁地面日机12架，并炸毁日军船舰、军事设备。
1944年4月豫中会战时，中美空军轰炸重要桥梁、渡口，阻止日军前进，攻击日军占领地区，保卫西安，并袭击运城、临汾、安阳、新乡、郑州、开封、信阳、汉口等处日军机场。
长衡会战中，中美空军参加作战，5月27日至9月6日，出动驱逐机3928架次、轰炸机545架次，在空中击落日机70架，击伤日机17架，击毁地面日机10余架，炸日军机场30次，炸日军占领之城市41次，炸日军司令部16次，毁日军阵地50处，并炸毁日军大小船只130余艘。
8月22日至11月9日桂柳会战中，中美空军共出动1386架次，击落、击伤空中敌机和击毁地面敌机多架。
1945年1月，中美联合空军连日攻击了汉口、运城的日军弹药库。日本《中国派遣军战况手簿》记载：1月14日，美国战斗、轰炸混合机群约87架次袭击汉口，受中等以上破坏的日机达13架。
1945年3月22日至5月31日，空军参加豫西鄂北会战，共出动飞机1047架次，第4、第11大队直接协助陆军地面作战。
1945年4-5月间湘西会战中，我空军因取得制空权，于邵阳、放洞间曾击歼日军一个联队及炮兵甚众；进攻放洞、水口、武冈之敌亦被陆空军联合歼灭几尽。空军冒着日军猛烈炮火，日夜不断出击，予敌重大伤亡。1个月时间内，仅第5大队即出动飞机942架次。美第14航空队协助中国空军袭击敌后交通线，阻止其运输，战绩颇彰。
（三）抗日战争后期的防空
1942年4月18日，美国战机首次空袭东京等地，回航降落于浙江省空军机场。日军抽集飞机猛炸浙、赣一带机场，对浙、赣空袭频繁，两省被炸城镇达40余处。是年，浙、赣、粤三省受损害最重，滇、桂次之。空军防空部队一面加强野战防空，一面于各地及铁路、公路沿线遍布火网，前后击落日机8架。
中国防空部队遍布各地。为便于指挥、管理和训练，全国划为5个防空区：第一区指挥部设于重庆，指挥四川境内的高射炮部队；第二区指挥部设于湖北巴东，指挥湖北及湘西一带的高射炮部队；第三区指挥部设于桂林，指挥粤汉路、湘桂路及闽赣等地区的高射炮部队；第四区指挥部设于昆明，指挥滇黔高射炮部队；第五区指挥部设于西安，指挥陕甘宁和豫西高射炮部队。盟国空军此时在中国的兵力日趋强大，各战场及前后方的制空权已为中国方面完全掌握；日军航空队力量减弱，对大后方重庆、昆明、桂林、柳州等地仅能作扰乱性攻击。至1945年，在盟军的攻击下，日军已呈日暮途穷，自顾不暇，对中国的空袭已大为减少。
表8-1 日军空袭与中国防空情况统计表
（四）中美空军联合轰炸日军后方
抗战后期，中国空军与美国空军合作，夺得制空权，主动轰炸日军后方。
在历次战役中，中美空军除配合地面部队作战外，还轰击日军及其交通线，主动远征出击，轰炸日军后方基地。1943年11月25日，中美空军轰炸机轰炸台湾新竹日本机场，毁其飞机47架。
1944年起，中国空军与美国空军合作，主动轰炸日本在华军事基地，或在空战中迎击日机。2月12日，日机袭赣县，被击落9架。3月4日，中美空军合作轰炸海南岛，毁日机20架。
自1945年初始，中国战区空军反攻与太平洋美国空军反攻连成一气。美国战机，或中美空军联合，多次轰炸南京、广州、河内、香港、上海、济南、汕头、厦门等处。1月12日，中美机群联合轰炸武汉机场，毁日机22架。中美空军已取得中国战场绝对制空权。7月11日，中国战区空军参谋长陈纳德宣称：敌机已被逐出中国。
从5月起，中国战场已转入反攻，中美战机更加强对南京、上海、武汉之空袭。5月30日，中国空军出击南京，6月1日出击汉口。中美空军反攻成为整个中国战场反攻作战的一部分。
二 海军作战
太平洋战争爆发后，海军方面无重大作战，只有部分地区布雷作战，予日军以零散打击。
（一）粤桂地区
广东珠江三角洲地区河网密布，广东海军在新会、顺德、中山、南海、东莞等处河面英勇布雷，其中尤以天河、马宁布袭次数最多。1942年1月，水雷第8分队长戴伟率队深入中山县横河布下视发水雷，14日日军登陆搜索，戴伟及随从官兵奋勇抗击，全数牺牲。
抗日战争后期，海军布雷继续取得战绩。1942年1月11日，海军在顺德县、珠江三角洲、东江下游、西江、邕江布雷，炸伤、炸毁日舰3艘。1943年，海军布雷，在顺德炸毁伪军军舰2艘，并俘获伪军广州要港司令萨福畴及伪要员7人。1944年在顺德县炸毁日军运输舰“南海丸”，在中山县炸毁日军一艘大型汽艇；一艘日艇在珠江三角洲新昌河陈冲河段雷区触雷沉没，日军官兵40余人被炸毙。
（二）浙江
1942年5月浙赣会战期间，因浙东沿海各江雷区坚强，日海军舰艇无法协同陆军作战。日军分由浙东、浙西会攻金华、兰溪时，中国海军为阻止日舰溯江上驶，于5月中旬起，分别于椒江、桐江（钱塘江中游建德至桐庐段）、瓯江、兰江择要布雷。旋金华、丽水相继失陷，布雷队集结于建阳，并留置漂雷队一队于乐清、东山埠相继布放。瓯江炮台官兵则固守阵地，监视日舰。7月9日，日军大小汽艇10余艘满载部队向瓯江进攻，炮台守军将其击退。日舰在雷区无法活动，旋退。
（三）鄂西长江两岸
1943年2月，布雷队员冒日军炮火，于石首、古长堤各处江面布水雷150具，使岳阳方面日舰不敢轻进。日军于荆河口外设铜线网，以防漂雷。28日，布雷队布防漂雷，炸毁日军防雷设施，并炸沉日军监视艇1艘；旋又于广兴洲布雷50具，对游动日舰予以打击。各雷区根据地因受日机不断轰炸，布雷船2艘和雷驳18艘均被炸沉。
5月鄂西会战时，日军进迫三斗坪，企图迂回宜昌、巴东间要塞石牌侧背。要塞官兵抱着与要塞共存亡决心，艰苦固守，日舰无法前进。布雷队于石牌附近布雷，于宜昌下游炸沉日舰1艘。6月6日，布雷队续放漂雷，日舰畏而逃逸。
常德会战时，海军各雷队分别于津市、牛鼻滩间各水路加布水雷624具，将水陆交通节节切断，使日海军舰艇瘫痪，失去战力。常德附近战斗开始时，日海军受雷队封锁，无法支援。至12月9日，日军终被击退。