抗战时期，中日两国力量对比悬殊，陆军还能靠人数弥补一些，空军和海军却没有办法，质量和数量都远不如日本！即便这样，在前期的几次重大战役中，中国的空军还是取得不俗的战绩，同时自身也付出沉重伤亡，被迫撤往后方！
经过作战消耗，中国空军可用的飞机不多，飞行员更少。为了持久抗战，空军剩余力量向后方西南、西北地区撤退，兰州便成了空军在西北的主要基地！1938年苏联向中国提供军事援助，大批物资从西北边境运进国内，兰州成为重要的中转站，同时苏联派出空军志愿队，协助中国空军作战，培训中国飞行员。
日军很早就盯上了兰州，1937年12月4日，由日本海军航空兵木更津航空队11架轰炸机，从北京南苑机场起飞，首次空袭兰州，被中国空军击退。1938年11月15日，日军再次派出5架轰炸机空袭兰州。不过前面几次规模不大，到了1939年，为了进一步消灭中国空军力量，打击苏联援华路线，日军对兰州、重庆等地发动大规模空袭！驻兰州中国空军部队与苏联空军志愿队一起，与日军进行激烈空战！
1939年2月20日，日本31架轰炸机组成的机群飞向兰州，当时兰州作为空防重镇，监视网密集，日军机群很快被发现。中国空军第17中队立即升空15架伊--15、伊--16驱逐机，苏联空军志愿队升空14架战斗机。双方在兰州上空爆发激战，苏联空军志愿队飞机与中国空军战机相互配合，对笨重的日军轰炸机展开攻击，地面防空炮火协同作战！经过激烈空战，日军轰炸机被击落9架，被迫仓皇撤退，我方无一损失，取得空战胜利！
短短几天后日军发动报复空袭，1939年2月23日，日军佐濑育三上尉率领20架轰炸机再次空袭兰州，为了掩盖空袭意图，日军提前空袭了兰州以东260公里的平凉，想要吸引中国空军！当日军机群进入兰州附近空域，还是被发现，中国空军立即起飞第15第17中队战斗机，对日本机群攻击，日军发现行动暴露，慌忙投弹准备撤退，中国空军看准机会，冲入日军队形中，经过作战，一共击落日军6架轰炸机。
短短三天，中国空军成功击落日军15架飞机，自己无一伤亡，史称兰州大捷。兰州空战大捷后，兰州举行了隆重的祝捷大会奖励有功飞行员。虽然取得了胜利，但是现实依旧残酷，中日空中力量悬殊，日军占据绝对优势。在随后的10个月里日军不断来袭，其中1939年12月26至28日连续3天空袭兰州，前后出动90架飞机，中国空军奋勇作战。
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