1932年“一·二八”事變。日本飛機在上海大肆轟炸掃射，促使南京國民政府意識到加強防空建設已經刻不容緩。是年，航空署署長兼航空學校校長葛敬恩先後訂購了瑞典博福斯75毫米高射炮20門、德國西門子探照燈4副、蔡司2公尺基線測高鏡、匈牙利葛馬指揮儀等若干機件，成立了“航空署防空高射炮班”。
1933年元旦，經蔣介石指示，以“航空署防空高射炮班”為基礎，又在杭州筧橋創立防空學校，這是中國第一所培養防空建設人才的專業學校。
1937年9月，陸軍步兵學校所屬的意大利布萊達20毫米機關炮，佈防在南京浦口火車站。
1937年春，國軍炮兵第41團成立，下轄5個營17個連，團長由防空學校教育長李恆華調任，主要裝備德國Flak18型37毫米高射炮，附以蘇羅通20毫米機關炮和維克斯13.2毫米高射機槍。8月，炮兵第42團成立，團長繆範原是防校學兵營長、高炮營營長，該團下轄5個營，營轄4個連、3個連不等，共有16個連，裝備以蘇羅通20毫米機關炮為主，附以部分加裝高射架的馬克沁重機槍。炮兵第41、第42團的組建標誌著國軍防空部隊已經初具規模。
德國Flak18型37毫米高射炮。盧溝橋事變發生之後，首都防空司令部秘密成立，南京警備司令兼憲兵司
盧溝橋事變發生之後，首都防空司令部秘密成立，南京警備司令兼憲兵司令谷正倫掛名兼任，實際上由副司令、防空學校校長黃鎮球負責。黃鎮球急思設置防空情報所，擬在富貴山趕築一處地下室，蔣介石得知需要兩個月才能完工，明確表示“來不及”，並撥出自己防空用的雞鳴寺地下室燃防空情報所之急。
防空部隊很快出臺了拱衛南京的具體方案：以75毫米高射炮4個連、37毫米高射炮7個連、20毫米機關炮6個連、馬克沁高射機槍5個連、150照空燈9副，配屬南京（含安徽廣德），掩護機場、兵工廠、水陸交通設備、發電廠及各重要機關。
黃鎮球執掌防空十二年，抗戰勝利後擔任後方勤務總司令、聯合勤務總司令。
8月15日，15架敵機分兩路首次奔襲南京，下午2時半，空軍起飛迎戰，高炮部隊也紛紛開火禦敵。部署在青龍山的37毫米高射炮首開紀錄，發射三彈即擊傷一架敵機，該機後來迫降杭州灣海面，機身沉沒。佈防在明故宮、大校場的75毫米高射炮和20毫米機關炮當日亦分別取得擊傷日機的戰果，據說蔣介石在中山陵觀戰，看到日機被擊中，大為鼓掌。
南京空襲頻繁，軍事委員會副委員長馮玉祥的一首打油詩描敘了11月11日的一次防空作戰：“雙十一，好天氣，下午一時許，敵機來空襲……高射炮，打得準，四彈一齊上，擊中一機身，先冒煙，後見火，往下墮，往下墮，濃煙發一縷，紅光成兩朵，中外千萬人，鼓掌笑呵呵……”
瑞典博福斯75毫米高射炮。
日本鹿屋海軍航空隊的“南京攻擊戰鬥詳報”印證了馮玉祥的記錄：“下午2時43分，第一小隊二號機被地面防空炮火擊中，並起火墜落。南京防空系統日趨強化，而且射擊的精確度不可小視。”
8月18日，4架日本九六式陸攻機飛臨南京上空，4門博福斯75毫米高射炮在照測部隊同樣給力，日軍的戰鬥報告經常會出現這樣的文字：“因被探照燈照射，無法準確瞄準，收效甚微。”甚至還有被探照燈逼退的例子，“第三中隊在南京玄武湖上空被探照燈照射，為避免第四中隊被照射，沒有再繼續前行。”
防空部隊的探照燈，以眩目燈光逼退來犯日機。
“上午8時左右，防空測空機測知有兩隊敵機入侵。指揮部命令我們注意觀測，加強警戒。等到敵機飛抵紫金山上空，我即命令‘準備射擊！’炮手們屏息注視。當觀測兵報告敵機已降到2000米高度後，我高射炮立即射擊。炮聲和敵機投下炸彈的爆炸聲響成一片，城內許多房屋起火，但城牆依然無恙。”
炮兵第42團1營3連副連長沈鹹對11月30日的南京防空戰鬥記憶猶新，“當敵機再次俯衝投彈時，我第1排的炮手們終於擊中了一架，敵機的油箱著火，拖著長煙，墜毀於夫子廟附近。午後，繆範團長前來視察、慰問，當場宣讀了蔣委員長簽署的嘉獎令，為全排官兵記三等軍功一次，併發給犒賞銀洋500元。”
架設高射裝置的馬克沁重機槍也可用於防空作戰。
從1937年8月15日南京首次發佈警報，到12月13日南京失守為止，日機一共空襲南京118次，高炮部隊總共擊落敵機12架。但南京衛戍司令唐生智匆忙下達撤離命令，因事先準備不充分，導致致使許多重要武器無法上船過江。
炮兵第41團第1營營長李甲之報告說：“對此種無計劃混亂之撤退，冤枉之損失，殊為遺憾。退回者僅37毫米炮1門、20毫米炮4門。計損失練習隊第1連博福斯75毫米炮4門、20毫米炮1門，第41團第1連37毫米炮2門、第3連37毫米炮1門，第42團第3連20毫米炮6門、第4連20毫米炮4門、第7連20毫米炮4門，照測隊探照燈4具。”
1971年9月，古稀之年的黃鎮球在《防空十二年》一書中這樣寫道：“高射炮打飛機的確是夠刺激，足以快意，但決不是一件便宜的事。這是純防禦性的作戰，當抗戰時，高射炮射程有限，敵機不飛臨你的有效射程，沒有法子去打它，能有打到打到它的機會，勢必是自己這一方，先處於捱打的地位。最好的方法是讓它不敢來侵擾，才比較合算。”
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